E12 Sistemas Sequenciais e Máquinas de Estado

Tópico

Ao contrário de um circuito puramente combinacional, cuja saída depende exclusivamente de suas entradas no momento presente, um circuito sequencial possui memória: sua saída depende tanto das entradas atuais quanto de um estado interno armazenado de momentos anteriores. O elemento de memória mais básico é o flip-flop tipo D: no instante em que o clock do sistema muda de estado, esse elemento captura o valor presente em sua entrada e o mantém em sua saída até o próximo ciclo de clock.

Para que um circuito síncrono opere de forma confiável, uma condição de temporização rigorosa deve ser atendida: o sinal deve chegar e estabilizar na entrada de cada flip-flop bem antes da borda de clock e permanecer estável por um breve instante após essa borda; o tempo que o sinal leva para percorrer o caminho lógico mais lento do circuito, somado a essa margem de estabilização, determina a frequência máxima do clock na qual todo o circuito pode operar de forma confiável.

Máquinas de estados finitos são a estrutura conceitual usada para modelar sistemas que transitam entre um número limitado de estados discretos com base nas entradas que recebem, e formam a base de praticamente todo o controle digital, desde protocolos de comunicação até controladores periféricos. Os contadores binários, compostos por vários flip-flops interligados, dividem a frequência de um sinal de clock por potências sucessivas de dois, fornecendo o método mais simples para gerar frequências mais baixas a partir de uma frequência de referência.

Assim como na lógica combinacional descrita no modelo anterior, a potência dinâmica consumida por um circuito sequencial cresce linearmente com sua frequência de operação e muito mais rapidamente com sua tensão de alimentação.

Portanto, este módulo, que começa distinguindo entre uma saída que depende do passado e uma que não depende, conclui reiterando a mesma conclusão sobre o consumo de energia estabelecida pelo modelo de lógica combinacional: fornecer memória a um circuito não altera a alavanca mais eficaz para controlar seu consumo, que continua sendo a tensão de alimentação, e não a frequência do clock.

ID:4058