Reti Sequenziali

Corso di Architetture degli Elaboratori

Reti Sequenziali

RETI LOGICHE 2

Caratteristiche 1

Caratteristiche delle reti sequenziali

Reti combinatorie:il valore in uscita è funzione (con il ritardo indottodalla rete) dei soli valori dati in ingresso in quel momento

Reti sequenziali:il valore in uscita è funzione della sequenza di valori forniti in input fino a quel momento

Le reti sequenziali hanno memoria

RETI LOGICHE 3

Caratteristiche 2

Caratteristiche delle reti sequenziali

Essendo finita, una rete sequenziale può “ricordare”un numero finito di sequenze di ingresso.

La rete determina la suddivisione di tutte le infinitesequenze di ingresso in un numero finito di classi, chela rete riesce a distinguere. Tutte le sequenze all’interno di una stessa classe sono equivalenti per la rete.

Esempio: contatore a due bit e sequenze 11 e 111111

RETI LOGICHE 4

Livelli e impulsi 1

Livelli ed impulsi

In una rete a livelli i valori sono trasmessi come livellidi segnale (alto=1, basso=0, o viceversa) in particolariistanti scanditi da un orologio (clock).In una rete a livelli il valore in input permane per un tempo (sufficientemente) maggiore rispetto al ritardo della rete

In una rete ad impulsi i valori sono trasmessi come segnali impulsivi (presenza=1, assenza=0, o viceversa)negli istanti scanditi dal clock.In una rete ad impulsi il valore in input permane per un tempo (molto) minore rispetto al ritardo della rete

RETI LOGICHE 5

Livelli e impulsi 2

Livelli ed impulsi

La stringa 10011011 come sequenza di livelli e diimpulsi

RETI LOGICHE 6

Livelli e impulsi 3

Livelli ed impulsi

Funzionamento a livelli di una reteLa configurazione di ingresso è mantenuta costante peril tempo necessario affinché si stabilizzino i valori inuscita

Funzionamento ad impulsi di una reteLa configurazione di ingresso è mantenuta costante perun tempo limitato e breve, inferiore al tempo necessarionecessario affinché si stabilizzino i valori in uscita, dopodi che in input viene posta una configurazione di default(in genere tutti 0)

RETI LOGICHE 7

Modello di rete sequenziale

Modello di rete sequenziale

x1RETECOMBINATORIAxn

.

...

z1

zmy1

yk

.

...

y’k

y’1

zi(t+d(zi))=fi(x1(t),…,xn(t), y1(t),…,yk(t))

yi(t+d(yi))=gi(x1(t),…,xn(t), y1(t),…,yk(t))

zi(t+d(zi))=hi(y1(t),…,yk(t))

Mealy

Moore

RETI LOGICHE 8

Flip flop 1

Flip flop

Il flip flop è la più elementare rete sequenziale.Ha la funzione di memorizzare un bit di informazione.

Flip flop RS (Reset-Set)R

S

yR=0, S=1: y posto a 1R=1, S=0: y posto a 0R=0, S=0: y rimane ugualeR=1, S=1: non ammessa

RETI LOGICHE 9

Flip flop 2

Flip flop

R

Sy

y’

RETECOMBINATORIA

0 1 * 0

1 1 * 0

0100

1

0y’ 1011

R S

y=¬R(S+y’)

RETI LOGICHE 10

Flip flop 3

Flip flop

Se d1: ritardo al primo livello della rete combinatoriad2: ritardo al secondo livello della rete combinatoriaAlloraIl segnale R=1 o S=1 deve permanere in ingressoper un tempo d>d1+d2

R

S

y’

y

RETI LOGICHE 11

Flip flop 4

Flip flop

Flip flop Fc: il valore F viene memorizzato in corrispondenza agli impulsi di clock

R

S

0

1

F

c

RETI LOGICHE 12

Flip flop 5

Flip flop

Se:d è il ritardo del flip flop Fc e d’ il ritardo delsolo flip flop RS al suo interno è la lunghezza dell’impulso e la distanza fra dueimpulsi successiviAllora dovrà aversid’< per far funzionare a livelli il flip flop RS<d per far funzionare ad impulsi il flip flop Fc (in questo modo durante l’impulso è possibile leggere il vecchio output mentre si fornisce il nuovo input)d< per evitare che sia fornito un nuovo valore primache il precedente venga memorizzatoSi dovrà quindi avere tra l’altro d’<<d (necessità di ritardi aggiuntivi)

RETI LOGICHE 13

Flip flop 5

Flip flop

Flip flop MS (master-slave)Consente di avere, durante l’impulso, il vecchio output disponibile mentre l’input viene fornito.Disaccoppiamento mediante due RS in cascata.

R

S

0

1

F

c

R

S

0

1

Il valore F viene memorizzato nel primo RS durante l’impulsoe copiato nel secodno RS durante l’intervallo tra impulsi

RETI LOGICHE 14

Reti sequenziali sincrone

Reti sequenziali sincrone

x1RETECOMBINATORIAxn

.

...

z1

zmy1

yk

.

...

y’k

y’1

Registro di dimensione k

cI flip flop contengono la codifica dello stato della rete (al più2k stati diversi). Lo stato può cambiare solo in corrispondenzaagli impulsi di clock.

RETI LOGICHE 15

Reti sequenziali sincrone

Reti sequenziali sincrone

Una rete sequenziale sincrona è un automa a stati finiti avente:- alfabeto di input di dimensione al più 2n

- insieme degli stati Q di dimensione al più 2k

L’automa ha anche un output, con alfabeto di dimensioneal più 2m.

Se l’output è funzione su xQ l’automa si dicedi Mealy, altrimenti (se è funzione sul solo Q) si dice di Moore.

RETI LOGICHE 16

Reti sequenziali sincrone

Sintesi di reti sequenziali sincrone

Definire il comportamento desiderato per larete sequenziale rappresentandola come automa a statifiniti con output (Mealy o Moore).

Derivare i valori di n,k,m e definire una codifica su n,k,m bit rispettivamente di input, stati ed output.

Dalla funzione di transizione dell’automa e dalla suafunzione di output derivare le funzioni combinatorie chelegano per ogni i,j i valori di y’i e zj a tutti i valori yk e xh.Derivare le reti combinatorie che calcolano tali funzioni