Formas de representar um sistema digital

Serão abordados neste artigo os três níveis de abstração para representar um sistema digital, comportamental, estrutural e físico.
sistema digital
Este post faz parte da série Sistemas Digitais. Leia também os outros posts da série:

O desenvolvimento de sistemas digitais é um processo complexo e envolve muitas etapas e pessoas, a parte de descrição de hardware conhecida como RTL (Register-Transfer-Level) ou transferência a nível de registrador é somente uma delas. Para entender melhor o papel do RTL é interessante conhecer todas as etapas.

Nos últimos 40 anos o número de transistores em um chip cresceu de forma exponencial, hoje temos centenas de milhões de transistores em um único chip (Site com contador de transistor por chip). O que se não inviabiliza, dificulta de mais o trabalho em baixos níveis de abstração, como por exemplo trabalhar a nível de transistor para chips grandes.

Para conseguirmos trabalhar com tanta complexidade foi necessário criar níveis de abstração para representar sistemas, os mesmos são geralmente vistos por três perspectivas:

Comportamental

No nível comportamental o sistema é descrito em função do seu comportamento, é uma representação funcional do mesmo. Estamos preocupados em descrever o que acontece na saída do sistema quando há uma alteração em uma entrada, é a relação direta de entrada/saída. Por exemplo a saída S do nosso sistema é dada pela soma das entradas A e B.

comportamental sistema digital

Esta descrição geralmente é feita por uma linguagem de programação que seja capaz de gerar a parte estrutural do sistema digital. Podem ser linguagens a nível de hardware como VHDL e Verilog ou mesmo um software mais alto nível capaz de gerar o VHDL/Verilog e consequentemente a parte estrutural, como o Matlab. 

Estrutural

No nível estrutural a estrutura interna do sistema é descrita: quais componentes são utilizados e como eles estão conectados. No nosso exemplo abaixo, veja a representação da soma do ponto de vista lógico.

estrutural sistema digital

No caso de desenvolvimento em FPGA e ASIC este é o resultado da síntese do nosso código em VHDL/Verilog, a descrição comportamental é traduzida em componentes como: mux, flip-flops, portas lógicas. E uma netlist com as conexões do mesmo.

Física

Na representação física o sistema é representado do ponto de vista físico, onde estão os pinos, onde estão os componentes no chip, quais as larguras dos pitches, tamanho do componente. É o nosso chip.

fisica sistema digital

A visão física do sistema provê a informação mais detalhada. É a especificação final para a fabricação do hardware, por outro lado a visão comportamental do sistema é a que coloca menos restrições e é a forma mais abstrata de representação do circuito.

Abaixo um gráfico em Y que compara os níveis de abstração de um sistema e suas perspectivas

Sem título sistema digital

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Engenheiro de computação com experiência no desenvolvimento de software e hardware para sistemas embarcados.

Principalmente em projetos para a indústria envolvendo FPGA.

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23/01/2015 00:04

[…] – Formas de representar um sistema digital, escrito por André Prado [12] […]

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25/08/2014 18:06

[…] Em um artigo anterior abordamos as formas de se representar um sistema digital. Para desenvolver um é necessário conhecer as tecnologias onde o mesmo pode ser implementado, vamos às nossas opções: […]

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16/07/2014 00:02

[…] Em um artigo anterior abordamos as formas de se representar um sistema digital. Para desenvolver um é necessário conhecer as tecnologias onde o mesmo pode ser implementado, vamos às nossas opções: […]

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20/05/2014 19:01

[…] Representação de sistemas digitais […]

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30/04/2014 06:18

[…] auxiliar na contextualização de FPGA dentro de sistemas digitais preparei alguns slides introdutórios antes do treinamento oficial da Altera em Introdução a […]

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