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A.S.E.24.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 24 Reti sequenziali sincronizzate complesseReti sequenziali sincronizzate complesse –Macchina.

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1 A.S.E.24.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 24 Reti sequenziali sincronizzate complesseReti sequenziali sincronizzate complesse –Macchina di Mealy ritardata –Registro di stato –Registro operativo –Parte operativa –Parte di controllo EsempioEsempio

2 A.S.E.24.2 Richiami Reti combinatorieReti combinatorie –Tecnica di sintesi (minimizzazione) strutturata –Sintesi euristica SommatoreSommatore SottrattoreSottrattore ……..…….. Reti sequenzialiReti sequenziali –Variabili di stato –Tecnica di sintesi (minimizzazione degli stati) strutturata –Sintesi euristica ContatoriContatori Shift registerShift register ……..……..

3 A.S.E.24.3 Vantaggi delle soluzioni euristiche EsempioEsempio –Moltiplicatore di interi positivi 16 x 16 –Rete combinatoria con 32 ingressi e 32 uscite Tutte le possibili combinazioni degli ingressi sono necessarieTutte le possibili combinazioni degli ingressi sono necessarie –Risultato della sintesi automatica una memoria ROM con 32 bit di indirizzo e parole di 32 bituna memoria ROM con 32 bit di indirizzo e parole di 32 bit Complessità globaleComplessità globale 4 G parole da da 32 bit ( 16 GBYTE !!!!!)4 G parole da da 32 bit ( 16 GBYTE !!!!!)

4 A.S.E.24.4 Macchina di Mealy sincronizzata Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressiLe uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi R R X1X1 XnXn z1z1 s p1 s Pk s n1 s nk a1a1 anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 z m+k zmzm Ck La rete R è una rete combinatoria

5 A.S.E.24.5 Macchina di MOORE Le variabili duscita, in un determinato istante, sono funzione del sole variabili di statoLe variabili duscita, in un determinato istante, sono funzione del sole variabili di stato R CN 1 X1X1 XnXn z1z1 zWzW s1s1 sksk sksk s1s1 a1a1 anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 zkzk CN 2 Ck

6 A.S.E.24.6 Macchina di Mealy Ritardata Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi, ma risultano sincronizzateLe uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi, ma risultano sincronizzate R R X1X1 XnXn z1z1 s p1 s Pk s n1 s nk a1a1 anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 z m+k zmzm Ck

7 A.S.E.24.7 Osservazioni La macchina di Mealy ritardata ha le uscite sincronizzate come quella di MooreLa macchina di Mealy ritardata ha le uscite sincronizzate come quella di Moore La macchina di Mealy ritardata presenta meno stati interni di quella di MooreLa macchina di Mealy ritardata presenta meno stati interni di quella di Moore Nelle reti sequenziali complesse ha particolare importanza ridurre il numero delle variabili di statoNelle reti sequenziali complesse ha particolare importanza ridurre il numero delle variabili di stato Quindi la macchina di Mealy ritardata è da preferirsi a quella di MooreQuindi la macchina di Mealy ritardata è da preferirsi a quella di Moore

8 A.S.E.24.8 Interpretazione diversa Il registro può essere visto come più registri che svolgono funzioni diverseIl registro può essere visto come più registri che svolgono funzioni diverse RCRC IN OUT SR DR n DR 0 Ck X

9 A.S.E.24.9 Osservazioni 1 Registro SR(Status Register)Registro SR(Status Register) –Contiene le variabili di stato Registro DR 0 (Data Register)Registro DR 0 (Data Register) –Contiene parte delle variabili duscita (Dati) …..….. Registro RD n (Data Register)Registro RD n (Data Register) –Contiene parte delle variabili duscita (Dati) NOTENOTE La suddivisione in vari registri dati è funzionale al progettoLa suddivisione in vari registri dati è funzionale al progetto Non tutti gli RD servono per le variabili duscitaNon tutti gli RD servono per le variabili duscita

10 A.S.E Osservazione 2 La suddivisione dei registri è funzionale al fatto di ridurre considerevolmente gli stati interni della macchina (solo SR da luogo a variabili di stato)La suddivisione dei registri è funzionale al fatto di ridurre considerevolmente gli stati interni della macchina (solo SR da luogo a variabili di stato) Anche la rete combinatoria può essere interpretata come più reti combinatorieAnche la rete combinatoria può essere interpretata come più reti combinatorie

11 A.S.E Scomposizione della RC Parte Operativa IN OUT SR DR n DR 0 Ck X Parte di Controllo CB

12 A.S.E Osservazioni La parte operativa esegue determinate operazioni sulle variabili dingresso, in funzione delle variabili duscita e delle informazioni fornite dalla parte di controllo (B) microistruzioniLa parte operativa esegue determinate operazioni sulle variabili dingresso, in funzione delle variabili duscita e delle informazioni fornite dalla parte di controllo (B) microistruzioni Genera le variabili di condizionamento (C) e le nuove uscitaGenera le variabili di condizionamento (C) e le nuove uscita La parte di controllo determina i vari passi da eseguire, in funzione delle variabili di stato e delle variabili di controlloLa parte di controllo determina i vari passi da eseguire, in funzione delle variabili di stato e delle variabili di controllo

13 A.S.E Ulteriore suddivisione La parte operativa può essere ulteriormente suddivisa in due partiLa parte operativa può essere ulteriormente suddivisa in due parti RC Operativa IN Ck RC Condizionamento Parte Operativa BC

14 A.S.E Osservazioni La suddivisione vista è dettata da:La suddivisione vista è dettata da: –Le reti sequenziali complesse sono difficili ad essere gestite –Le funzioni della parte operativa solitamente sono. OPERAZIONI ARITMETICHEOPERAZIONI ARITMETICHE OPERAZIONI LOGICHEOPERAZIONI LOGICHE SHIFTSHIFT MULTIPLEXMULTIPLEX –Una soluzione guidata è solitamente più veloce e più efficiente –(i criteri dottimizzazione sono scelti dal progettista)

15 A.S.E Esempio –X 1 = 1, X 0 = 0 Riconoscitore di due sequenze in cascataRiconoscitore di due sequenze in cascata –Ingressi X 1, X 0X 1, X 0 –Uscite Z 3, Z 2, Z 1, Z 0Z 3, Z 2, Z 1, Z 0 DescrizioneDescrizione –prima riconosce la sequenza 00, 01,10 –dopo riconosce la sequenza 11, 01,10 –Incrementa luscita tutte le volte che una sequenza viene riconosciuta (modulo 16)

16 A.S.E Diagramma di flusso Y Z=1 Y 11 Z=1 11 Z= Z=1 10 Z=2 Y Y Y Y Y Y Y Y Occorrono 8 blocchi simili al seguente { }_ { }

17 A.S.E Osservazioni In totale si hanno 6 x 8 = 48 stati interniIn totale si hanno 6 x 8 = 48 stati interni Occorrono 6 variabili di statoOccorrono 6 variabili di stato 2 6 = 64, potenza del 2 immediatamente superiore a = 64, potenza del 2 immediatamente superiore a 48 Rete combinatoria a = 8 ingressi e 4 usciteRete combinatoria a = 8 ingressi e 4 uscite Non è possibile ottimizzarla manualmenteNon è possibile ottimizzarla manualmente __________________________________________________________________________________ Considerando la macchina come macchina sequenziale complessa si haConsiderando la macchina come macchina sequenziale complessa si ha

18 A.S.E Macchina sequenziale complessa Parte operativa La parte operativa può essere un contatore modulo 16 che si incrementa quandoLa parte operativa può essere un contatore modulo 16 che si incrementa quando –La parte di controllo ha verificato che sono passati due termini della sequenza giusta –E gli ingressi assumono il valore X 1 = 1, X 0 = 0

19 A.S.E Schema della parte operativa Incrementa se (X 1 = 1 e X 0 = 0) e se il segnale B, della parte di controllo vale 1Incrementa se (X 1 = 1 e X 0 = 0) e se il segnale B, della parte di controllo vale 1 Contatore Mod 16 X0X0 X1 B Ck E Z3Z3 Z2Z2 Z1Z1 Z1Z1 { }_ { }

20 A.S.E Parte operativa Soluzione alternativa Soluzione che evidenzia la rete combinatoria Soluzione che evidenzia la rete combinatoria MUXMUX MUXMUX 1 X1 X0 0 0 Ck B Z W

21 A.S.E Parte di controllo Il diagramma ASM delle parte di controllo divieneIl diagramma ASM delle parte di controllo diviene Y B=1 Y Y Y Y Y Y Y Y Y

22 A.S.E OSSERVAZIONI Sono ora necessari 6 stati interniSono ora necessari 6 stati interni –3 variabili di stato + 2 ingessi Rete combinatoria sempre troppo grossaRete combinatoria sempre troppo grossa Si può provare ad eseguire un precondizinamento degli ingressiSi può provare ad eseguire un precondizinamento degli ingressi

23 A.S.E Considerazioni sulla sequenza Si definiscono due variabili di condizionamentoSi definiscono due variabili di condizionamento –C 0 e C 1 –La sequenza che inizia con 00 deve essere riconosciuta quando luscita è pari Z 0 = 0 –La sequenza che inizia con 11 deve essere riconosciuta quando luscita è dispari Z 0 = 1 Si poneSi pone –C 0 = 1 se X 1,X 0 = 00 e Z 0 = 0 e se X 1,X 0 = 11 e Z 0 = 1 –C 1 = 1 se X 1,X 0 = 01 { } _ { }

24 A.S.E Rete Combinatoria di condizionamento Tabella di veritàTabella di verità X1X0Z0C0C

25 A.S.E Rete Combinatoria di condizionamento X1 X0 Z0 C0C1

26 A.S.E Parte di controllo Ricordando che la parte di condizionamento fornisceRicordando che la parte di condizionamento fornisce –C 0 = 1 se X 1,X 0 = 00 e Z 0 = 0 e se X 1,X 0 = 11 e Z 0 = 1 –C 1 = 1 se X 1,X 0 = 01 Gli ingressi della parte di controllo sono C 0 e C 1Gli ingressi della parte di controllo sono C 0 e C 1 Le sequenze iniziano quando è C 0 = 1Le sequenze iniziano quando è C 0 = 1 Il secondo passo della sequenza si ha per C 1 = 1Il secondo passo della sequenza si ha per C 1 = 1 –Il caso C 0 e C 1 = 1 non si può mai verificare Ora si attiva la parte operativa B = 1Ora si attiva la parte operativa B = 1

27 A.S.E Diagramma di Flusso della Parte di controllo Variabili dingresso C 1 C 0, variabili di stato S 1 S 0Variabili dingresso C 1 C 0, variabili di stato S 1 S 0 Y X B 00 Y Y Y a00 b01 c10 { } _ { } X1X0Z0C1C

28 A.S.E Tabella delle transizioni S1S0C1C0S1S0B Y X B 00 Y Y Y a00 b01 c10

29 A.S.E Minimizzazione S N0 C1C0C1C0C1C0C1C0 S1S0S1S0S1S0S1S S N1 C1C0C1C0C1C0C1C0 S1S0S1S0S1S0S1S B S N0 S N1 S1S0C1C0S1S0B

30 A.S.E Parte di Controllo OsservazioniOsservazioni –La variabile B coincide con S N1 –La rete può essere sintetizzata in modo classico come una macchina di MOORE RC 1 RC 2 SR C0 C1B

31 A.S.E Riconoscitore di Sequenze RC Op RC Con RC 2 RC 1 DR Z X SR Parte di Controllo Parte Operativa B C

32 A.S.E Temporizzazione Ck X1 X0 W C1 C0 S0 S1 Z1 Z0 B

33 A.S.E Conclusioni Reti sequenziali sincronizzate complesseReti sequenziali sincronizzate complesse –Macchina di Mealy ritardata –Registro di stato –Registro operativo –Parte operativa –Parte di controllo EsempioEsempio


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