Cap. 9 — Memória:
Células Binárias e Flip-Flops

9.1 / conceito de memória

Conceito de memória

A memória é um elemento essencial para o funcionamento dos sistemas sequenciais. As saídas dos circuitos sequenciais dependem da entrada em um determinado instante e das saídas relativas às entradas passadas — feedback.

Os dispositivos de memória normalmente tratados são os mais complexos, como RAM, ROM etc. Aqui trataremos da unidade mais elementar dessas memórias: a célula binária ou latch.

Fig. 9.1 — Célula binária com portas NAND

A célula possui uma entrada SET e uma entrada CLEAR (ou RESET). Como o circuito é construído com portas NAND, as entradas são ativas em nível baixo (0):

• Para armazenar o bit 1: atribui-se momentaneamente SET = 0 — a saída Q passa a armazenar o bit 1.
• Para armazenar o bit 0: atribui-se momentaneamente CLEAR = 0 — a saída Q passa a armazenar o bit 0.

Estados das entradas SET e CLEAR

Análise do funcionamento do latch

Estado de repouso

Fig. 9.2 — Latch em repouso: condições iniciais Q=0 (a) e Q=1 (b)

Estado "setado"

Condição inicial 1 — SET=CLEAR=1, Q=0:

Fig. 9.3 — Latch setado, Q inicial = 0

A transição de SET de 1 para 0 leva Q do nível baixo (0) ao nível alto (1). Quando SET retornar a 1, o bit 1 mantém-se em Q — armazenamento de 1 bit.

Condição inicial 2 — SET=CLEAR=1, Q=1:

Fig. 9.4 — Latch setado, Q inicial = 1

A transição de SET de 1 para 0 leva Q a permanecer em nível alto (1). Quando SET retornar a 1, o bit 1 mantém-se em Q.

Estado "resetado"

Fig. 9.5 — Latch resetado

A análise é similar à anterior, admitindo as duas condições iniciais possíveis.

Tabela-verdade do latch

9.2 / flip-flops

Flip-Flops

Os circuitos sequenciais são aqueles cujas saídas em um instante dependem das entradas naquele instante e das saídas em instantes anteriores. A resposta atual depende da memória — dos dados do passado.

Fig. 9.6 — Modelo geral de circuito sequencial

Vimos as células de memória (latch), cujo modelo geral é:

Fig. 9.7 — Modelo de latch (Flip-Flop genérico)

9.2.1 Conceito de Flip-Flops

Duas questões merecem destaque sobre as células de memória:

1. Possuem um delay de propagação;
2. São hardware que permite armazenar o estado presente de uma máquina sequencial.

Os Flip-Flops são dispositivos amplamente utilizados nas máquinas de estados finitos síncronas. Utilizam como base de construção a célula binária (latch), entradas de controle e um sinal de clock.

Fig. 9.8 — Modelo geral de Flip-Flop

9.2.2 Tipos de Flip-Flops com clock

tipo a

Flip-Flop Set/Reset (SR)

Fig. 9.9 — Flip-Flop SR: representação e tabela-verdade

• S=1, C=0 Seta a saída em 1, independente da transição de clock
• S=0, C=1 Reseta a saída em 0, independente da transição de clock
• S=0, C=0 Mantém a saída igual ao instante anterior
• S=1, C=1 Combinação não utilizada

Fig. 9.10 — Diagrama de temporização do FF SR (observe S,R ambas iguais a 0)

tipo b

Flip-Flop JK

Fig. 9.11 — Flip-Flop JK: representação e tabela-verdade

• J=1, K=0 Seta a saída em 1, independente da transição de clock
• J=0, K=1 Reseta a saída em 0, independente da transição de clock
• J=0, K=0 Mantém a saída igual ao instante anterior
• J=1, K=1 Mantém a saída igual ao instante anterior, invertida

O FF JK resolve a combinação indefinida do FF SR — quando J=K=1, o resultado é definido (saída invertida), em vez de ambíguo.

Fig. 9.12 — Diagrama de temporização do FF JK

tipo c

Flip-Flop D

Fig. 9.13 — Flip-Flop D: representação e tabela-verdade

• D=0 Armazena a saída em 0, independente da transição de clock
• D=1 Armazena a saída em 1, independente da transição de clock

O FF D elimina toda ambiguidade — a saída simplesmente replica a entrada D, sendo amplamente usado para armazenamento simples (registradores).

Fig. 9.14 — Diagrama de temporização do FF D

tipo d

Flip-Flop T

Fig. 9.15 — Flip-Flop T: representação e tabela-verdade

• T=0 Mantém a saída igual ao instante anterior
• T=1 Mantém a saída igual ao instante anterior, invertida

O FF T ("toggle") é amplamente usado em contadores, pois alterna o estado a cada pulso de clock quando T=1.

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