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Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Capitolo 4 Logica sequenziale.

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1 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Capitolo 4 Logica sequenziale

2 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Reti sequenziali - luscita è funzione degli ingressi e dello stato

3 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl - Allo stato iniziale sia: S, R = 0 Z = 1, A = 0 - allistante t, R commuta a 1 e istantaneamente Z = 0 - fino allistante t+τ, Z Z (stato instabile) - allistante t+τ, Z commuta a 0 e istantaneamente A = 0 - fino allistante t+2τ, la rete è ancora instabile - dallistante t+2τ, per S=0, R=1, la rete si mantiene stabile (Z = 0, A = 1)

4 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo 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, luscita Z conserva memoria dellultimo 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

5 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo 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

6 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Modello generale Vettori delle variabili di ingresso X = (x 1, x 2,…, x n ) di uscita Z = (z 1, z 2,…, z n ) di stato presente y = (y 1, y 2,…, y n ) di stato futuro Y= (Y 1, Y 2,…, Y n )

7 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Analogamente si definiscono gli alfabeti: di uscita O = (O 1, O 2,…, O M ) con M = 2 m di stato S = (S 1, S 2,…, S L ) con L = 2 l Si definisce macchina sequenziale la quintupla: M = (I, O, S, f, g) con le due funzioni f : S x I O g : S x I S Se lalfabeto di stato è finito, la macchina ha una memoria finita: per questo si parla di automi a stato finiti.

8 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Il modello in cui luscita 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 lingresso 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.

9 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Rappresentazione delle funzioni di stato e di uscita

10 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl

11 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Reti sequenziali sincrone

12 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl _ y (n+1) = S + R y (n) Flip-flop SR sincrono _ y = S + R y

13 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Flip-flop JK _ _ y = y J + y K

14 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl y = D Flip-flop D

15 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Flip-flop T _ _ y = T y + T y

16 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Modello di rete sequenziale sincrona

17 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Flip-flop Master-Slave Δ FF e Δ C tempi di commutazione del flip-flop e della rete combinatoria RC Possibile instabilità determinata dalleffetto di y sulla RC, che può modificare la coppia (S,R) durante Δ 1

18 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo 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.

19 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Δ 1 scelto in modo da essere maggiore al tempo di commutazione del più lento dei master; Δ 2 scelto in modo da garantire la commutazione della parte combinatoria. Lingresso primario I deve cambiare entro Δ 2

20 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo 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

21 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo 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) lingresso deve restare stabile

22 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Ingressi asincroni dei flip-flop

23 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl

24 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Modello Mealy e modello Moore _ _ y = x y z = y

25 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl _ _ y = x y _ _ z = x y

26 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl

27 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Progetto di reti sequenziali a)Tracciatura del diagramma di stato e della tabella di flusso b)Minimizzazione del numero di stati c)Codifica degli stati attraverso variabili booleane d)Determinazione delle funzioni di eccitazione dei FF e)Determinazione della parte combinatoria restante

28 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl

29 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl

30 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Registri Registro: elementi di memoria binaria (flip-flop) sincronizzati con un unico clock se R in è disasserito, lingresso ai FF è 00 e il registro si mantiene nello stato precedente, se R in è asserito, lo stato di ogni FF diventa quello corrispondente allingresso IN i, sul primo fronte attivo del clock R out ha la funzione di Output Enable

31 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Si assume la convenzione che i registri commutino sul fronte di discesa del clock

32 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Caricamento asincrono Registri a scorrimento e ad anello

33 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Contatori

34 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Contatori sincroni

35 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Contatori asincroni

36 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Trasferimento dellinformazione

37 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Struttura a bus

38 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Struttura a bus

39 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl Tempificazione

40 Calcolatori elettronici – Architettura e organizzazione Giacomo Bucci Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl τ g : tempo richiesto dalla logica CNTRL per generare i segnali RS out e RD in τ l : tempo impiegato dal segnale RD out per propagarsi fino a RS τ out : tempo richiesto per il passaggio in conduzione di RS τ B : tempo di trasmissione del dato da RS a RD τ S : tempo di set-up dei FF del registro RD τ H : tempo di hold del registro RD


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