Post on 03-Jan-2016
description
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Capitolo 4Logica sequenziale
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Reti sequenziali
- l’uscita è funzione degli ingressi e dello stato
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
- Allo stato iniziale sia: S, R = 0 Z = 1, A = 0
- all’istante t, R commuta a 1 e istantaneamente Z’ = 0
- fino all’istante t+τ, Z’ ≠ Z (stato instabile)
- all’istante t+τ, Z commuta a 0 e istantaneamente A’ = 0
- fino all’istante t+2τ, la rete è ancora instabile
- dall’istante t+2τ, per S=0, R=1, la rete si mantiene stabile (Z = 0, A = 1)
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
- y rappresenta lo stato presente, Y rappresenta lo stato futuro
- la condizione di stato instabile corrisponde a Y ≠ y
- con S, R = 0, l’uscita Z conserva memoria dell’ultimo ingresso con valore 1
- si conviene che la condizione S=1, R=1 non si presenti per evitare che, tornando entrambi gli ingressi a zero, lo stato finale sia impredicibile
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Il Latch di NOR , costituisce un elemento binario di memoria detto flip-flop Set-Reset (asincrono)
Flip-flop
_Y = S + R y con vincolo SR = 0
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Modello generale
Vettori delle variabili
di ingresso X = (x1, x2,…, xn) di uscita Z = (z1, z2,…, zn) di stato presente y = (y1, y2,…, yn) di stato futuro Y= (Y1, Y2,…, Yn)
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Analogamente si definiscono gli alfabeti:
di uscita O = (O1, O2,…, OM) con M = 2m
di stato S = (S1, S2,…, SL) con L = 2l
Si definisce macchina sequenziale la quintupla:
M = (I, O, S, f, g)
con le due funzionif : S x I Og : S x I S
Se l’alfabeto di stato è finito, la macchina ha una memoria finita: per questo si parla di automi a stato finiti.
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Il modello in cui l’uscita è funzione di S e di I, è detto modello di Mealy.
Quando la relazione è del tipo f : S O, si parla di modello di Moore.
La rete viene detta asincrona, perché reagisce immediatamente alle variazioni di ingresso, portandosi nello stato (futuro) previsto dalla funzione di transizione di stato.
E’ necessario che l’ingresso si mantenga stabile fino a che la macchina non raggiunga uno stato stabile.
Non è permessa la variazione contemporanea di più ingressi, onde evitare corse critiche.
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Rappresentazione delle funzioni di stato e di uscita
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Reti sequenziali sincrone
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
_y(n+1) = S + R y(n)
Flip-flop SR sincrono
_y’ = S + R y
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Flip-flop JK
_ _y’ = y J + y K
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
y’ = D
Flip-flop D
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Flip-flop T
_ _ y’ = T y + T y
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Modello di rete sequenziale sincrona
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Flip-flop Master-Slave
ΔFF e ΔC tempi di commutazione del flip-flop e della rete combinatoria RC
Possibile instabilità determinata dall’effetto di y sulla RC, che può modificare la coppia (S,R) durante Δ1
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Eliminazione dell’ instabilità tramite la configurazione master-slave di due flip-flop SR in cascata
Quando il clock è attivo alto (1) il f.f. master può commutare, mentre lo slave ha gli ingressi a zero e quindi non può cambiare stato.
Quando il clock è attivo basso (0) il f.f. slave si porta allo stato raggiunto dal master, mentre il f.f. master non può più commutare.
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Δ1 scelto in modo da essere maggiore al tempo di commutazione del più
lento dei master;
Δ2 scelto in modo da garantire la commutazione della parte combinatoria. L’ingresso primario I deve cambiare entro Δ2
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Flip-flop a commutazione sul fronte
Clock = 1 c=0, d=0
Clock = 0 : se D = 1 c=1, d=0 se D = 0 c=0, d=1
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Il tempo di discesa (o salita, se il FF commuta sul fronte di salita) non deve essere superiore al limite massimo indicato dal costruttore
A cavallo del fronte di commutazione (set-up time + hold time) l’ingresso deve restare stabile
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Ingressi asincroni dei flip-flop
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Modello Mealy e modello Moore
_ _ y’ = x y z = y
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
_ _ y’ = x y
_ _ z = x y
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Progetto di reti sequenziali
a) Tracciatura del diagramma di stato e della tabella di flussob) Minimizzazione del numero di static) Codifica degli stati attraverso variabili booleaned) Determinazione delle funzioni di eccitazione dei FFe) Determinazione della parte combinatoria restante
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Registri
Registro: elementi di memoria binaria (flip-flop) sincronizzati con un unico clock
se Rin è disasserito, l’ingresso ai FF è 00 e il registro si mantiene nello stato precedente,
se Rin è asserito, lo stato di ogni FF diventa quello corrispondente all’ingresso INi, sul primo fronte attivo del clock
Rout ha la funzione di Output Enable
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Si assume la convenzione che i registri commutino sul fronte di discesa del clock
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Caricamento asincrono
Registri a scorrimento e ad anello
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Contatori
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Contatori sincroni
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Contatori asincroni
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Trasferimento dell’informazione
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Struttura a bus
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Struttura a bus
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Tempificazione
Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazioneGiacomo Bucci
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
τg : tempo richiesto dalla logica CNTRL per generare i segnali RSout e RDin
τl : tempo impiegato dal segnale RDout per propagarsi fino a RS
τout : tempo richiesto per il passaggio in conduzione di RS
τB : tempo di trasmissione del dato da RS a RD
τS : tempo di set-up dei FF del registro RD
τH : tempo di hold del registro RD