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A.S.E.28.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 28 Sintesi di reti sequenziali asincroneSintesi di reti sequenziali asincrone Condizioni per.

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1 A.S.E.28.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 28 Sintesi di reti sequenziali asincroneSintesi di reti sequenziali asincrone Condizioni per la realizzabilitàCondizioni per la realizzabilità –Condizioni sulle variabili –Condizioni sulla rete combinatorio Macchine a Stati Finiti (FSM)Macchine a Stati Finiti (FSM) Macchina di MEALYMacchina di MEALY Macchina di MOOREMacchina di MOORE Tecnica di sintesiTecnica di sintesi Sintesi del Flip – Flop S-RSintesi del Flip – Flop S-R

2 A.S.E.28.2 Richiami Definizione di rete combinatoriaDefinizione di rete combinatoria Definizione di rete SequenzialeDefinizione di rete Sequenziale Tecniche di descrizione delle reti sequenzialiTecniche di descrizione delle reti sequenziali Flip - Flop R-SFlip - Flop R-S Struttura master slaveStruttura master slave Flip - Flop D latchFlip - Flop D latch Flip - Flop Edge triggeredFlip - Flop Edge triggered Flip - Flop TFlip - Flop T

3 A.S.E.28.3 Modello 1 di rete sequenziale R R X1X1 XnXn z1z1 zmzm s1s1 sksk s1s1 sksk a1a1 La rete R è priva di anelli, ovvero è una rete combinatoria anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 z m+k

4 A.S.E.28.4 Condizioni sugli ingressi della rete R per il CORRETTO FUNZIONAMENTO 1.I segnali dingresso x i devono essere applicati solo quando la rete è in una situazione stabile Pilotaggio in modo fondamentalePilotaggio in modo fondamentale 2.Una variazione degli ingressi x i deve coinvolgere una sola variabile Pilotaggio senza transizioni multiple (vedi reti combinatorie)Pilotaggio senza transizioni multiple (vedi reti combinatorie) 3.Una variazione degli stati interni s i deve coinvolgere una sola variabile di stato Pilotaggio senza transizioni multiple sulle variabili di statoPilotaggio senza transizioni multiple sulle variabili di stato Corsa delle variabili di stato (0,0 =>1,1 0,0=>0,1=>1,1)Corsa delle variabili di stato (0,0 =>1,1 0,0=>0,1=>1,1) Corsa Critica se la configurazione [0,1] delle variabili di stato da luogo a uno stato stabileCorsa Critica se la configurazione [0,1] delle variabili di stato da luogo a uno stato stabile

5 A.S.E.28.5 Condizioni sulla legge della rete R per il CORRETTO FUNZIONAMENTO 1.La rete R deve essere priva di alee Vedi considerazioni sulle reti combinatorieVedi considerazioni sulle reti combinatorie La presenza di alee da luogo a configurazioni anomale e quindi stati spuri delle variabili di statoLa presenza di alee da luogo a configurazioni anomale e quindi stati spuri delle variabili di stato 2.La rete R deve essere priva di alee ESSENZIALI La rete R deve presentare una nuova configurazione delle variabili di stato solo quando tutta la rete è a regimeLa rete R deve presentare una nuova configurazione delle variabili di stato solo quando tutta la rete è a regime 3.La legge della rete R [U = F(A)] deve essere una legge Normale Deve garantire che il tipo di reazione su tutti gli anelli di richiusura sia POSITIVADeve garantire che il tipo di reazione su tutti gli anelli di richiusura sia POSITIVA 4.Le uscite devono essere in grado di sostenere gli ingressi Deve amplificare P U > P IDeve amplificare P U > P I

6 A.S.E.28.6 Verifica del Punto 4 (P U > P I ) Caso limiteCaso limite Andando a vedere come è fatta la rete RAndando a vedere come è fatta la rete R La variabile s è solo un corto circuitoLa variabile s è solo un corto circuito x z s R x z s R

7 A.S.E.28.7 Verifica del punto 3 (legge normale) In un determinato istante gli ingressi hanno una certa configurazione X j e la rete è in una condizione stabile con variabili di stati S j, allora deve essereIn un determinato istante gli ingressi hanno una certa configurazione X j e la rete è in una condizione stabile con variabili di stati S j, allora deve essere

8 A.S.E.28.8 Considerazione sul punto 2 Alee essenziali Verificare il punto 2 è complessoVerificare il punto 2 è complesso OsservazioneOsservazione Se la variabile più lenta di R impiega un tempo T* per giungere a regimeSe la variabile più lenta di R impiega un tempo T* per giungere a regime Basta ritardare tutte le uscite di un tempo T D > T*Basta ritardare tutte le uscite di un tempo T D > T* R R X1X1 XnXn z1z1 s1s1 sksk s1s1 sksk a1a1 anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 z m+k zmzm T T T T

9 A.S.E.28.9 Teorema sulle Alee essenziali Nellimplementare una rete sequenziale asincrona è sempre possibile trovare almeno una codifica degli stati interni scegliendo la quale non si presenta il fenomeno delle alee essenziali; se la legge della rete R assicura che partendo da una situazione di stabilità e cambiando una variabile dingresso, la rete si porta in una situazione stabile nella quale si riporterebbe se fosse variato per altre due volte il valore della stessa variabile dingresso.Nellimplementare una rete sequenziale asincrona è sempre possibile trovare almeno una codifica degli stati interni scegliendo la quale non si presenta il fenomeno delle alee essenziali; se la legge della rete R assicura che partendo da una situazione di stabilità e cambiando una variabile dingresso, la rete si porta in una situazione stabile nella quale si riporterebbe se fosse variato per altre due volte il valore della stessa variabile dingresso.

10 A.S.E Macchine a stati finiti OsservazioneOsservazione –Le reti sequenziali ammettono un numero finito di possibili configurazioni degli ingressi per N ingressi si hanno 2 N configurazioniper N ingressi si hanno 2 N configurazioni –Le reti sequenziali ammettono un numero finito di possibili configurazioni delle variabili di stato per K variabili di stato si hanno 2 K configurazioniper K variabili di stato si hanno 2 K configurazioni –In totale si hanno 2 (N+K) configurazioni possibili Quindi le reti sequenziali hanno un numero finito di possibili statiQuindi le reti sequenziali hanno un numero finito di possibili stati MACCHINE A STATI FINITIMACCHINE A STATI FINITI

11 A.S.E Macchina di MEALY Le variabili duscita, in un determinato istante, sono funzione del valore degli ingressi e delle variabili di statoLe variabili duscita, in un determinato istante, sono funzione del valore degli ingressi e delle variabili di stato R R X1X1 XnXn z1z1 zmzm s1s1 sksk s1s1 sksk a1a1 La rete R è una rete combinatoria anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 z m+k

12 A.S.E 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 Sono presenti due reti combinatorie anan a n+1 a n+k z1z1 zmzm z m+1 zkzk CN 2

13 A.S.E Osservazioni È possibile progettare una FSM sia secondo lo schema di Mealy, sia di MooreÈ possibile progettare una FSM sia secondo lo schema di Mealy, sia di Moore In alcuni casi la machina di Mealy può richiedere un numero minore di statiIn alcuni casi la machina di Mealy può richiedere un numero minore di stati –Ciò è dovuto al fatto che, con una configurazione delle variabili di stato fissa, un uscita può cambiare in funzione delle sole variabili dingresso

14 A.S.E Tecnica di sintesi Una rete sequenziale può essere descritta tramiteUna rete sequenziale può essere descritta tramite Grafo orientatoGrafo orientato Diagramma di flussoDiagramma di flusso Primo passoPrimo passo –Si numerano (con codice binario) gli stati in modo che da uno stato qualunque si passi ad un altro stato con la modifica di un solo bit Condizione 2 sugli ingressi della rete RCondizione 2 sugli ingressi della rete R Passo 2Passo 2 –Si ricava la tabella delle transizioni

15 A.S.E Tabella delle transizioni Si riportanoSi riportano –Valore degli ingressi –Variabili di stato di partenza (Stato presente) –Variabili di stato di arrivo(Nuovo stato) X1X1X1X1… XnXnXnXn Sp 1 … Sp n Sn 1 …. Sn n

16 A.S.E Osservazioni La tabella di transizione è la tabella di verità della rete combinatoria CN 1La tabella di transizione è la tabella di verità della rete combinatoria CN 1 Se si intende realizzare una macchina di MealySe si intende realizzare una macchina di Mealy –devono essere presenti anche le uscite nella parte destra della tabella Se si intende realizzare una macchina di MooreSe si intende realizzare una macchina di Moore –si deve descrivere e sintetizzare anche la rete CN 2 che è funzione delle sole variabili di stato

17 A.S.E Sintesi del Flip – Flop S-R 0Wa S=0, R=0 Y S=0, R=1 S=1, R=0 Y Y Q 1Wb S=0, R=0 Y S=1, R=0 S=0, R=1 Y Y

18 A.S.E Grafo del Flip – Flop S - R SR W/Q 0/0 1/ , 10 00, SRQ 00Q

19 A.S.E Tabella delle transizioni RSWpWn Wa S=0, R=0 Y S=0, R=1 S=1, R=0 Y Y Q 1Wb S=0, R=0 Y S=1, R=0 S=0, R=1 Y Y

20 A.S.E Verifica legge normale Partendo da una condizione di stabilità si deve arrivare in unaltra condizione di stabilità (magari dopo più salti)Partendo da una condizione di stabilità si deve arrivare in unaltra condizione di stabilità (magari dopo più salti) RSWpWnQ

21 A.S.E Verifica alee essenziali la legge della rete R deve garantire che partendo da una situazione di stabilità e cambiando una variabile dingresso, la rete si porta in una situazione stabile nella quale si riporterebbe se fosse variato per altre due volte il valore della stessa variabile dingressola legge della rete R deve garantire che partendo da una situazione di stabilità e cambiando una variabile dingresso, la rete si porta in una situazione stabile nella quale si riporterebbe se fosse variato per altre due volte il valore della stessa variabile dingresso RSWpWnQ PARTENZA ARRIVO 1° Cambio 2° Cambio

22 A.S.E Sintesi della rete combinatoria RSWpWnQ Wa S=0, R=0 Y S=0, R=1 S=1, R=0 Y Y Q 1Wb S=0, R=0 Y S=1, R=0 S=0, R=1 Y Y

23 A.S.E Individuazioni delle equazioni Costruzione delle Mappe di KarnaughCostruzione delle Mappe di Karnaugh 0,00,11,11, R,S WpRSWpWnQ Wn

24 A.S.E Tabelle Osservazione:Osservazione: –si ottiene subito la mappa di Karnaugh Q S0S0S1---S00 S1S1S1---S01 RS Q Wp

25 A.S.E Schema R SQ R W

26 A.S.E Legge non NORMALE legge normaleNO!!!!legge normaleNO!!!! RSWpWnQ RSWpWnQ

27 A.S.E Sintesi della legge sbagliata Costruzione delle Mappe di KarnaughCostruzione delle Mappe di Karnaugh 0,00,11,11, R,S WpRSWpWnQ Wn

28 A.S.E Schema Sbagliato R S Q 0 1 1,0,1 0 0,1,0 0

29 A.S.E CONCLUSIONI Condizioni per la realizzabilitàCondizioni per la realizzabilità –Condizioni sulle variabili –Condizioni sulla rete combinatorio Macchine a Stati Finiti (FSM)Macchine a Stati Finiti (FSM) Macchina di MEALYMacchina di MEALY Macchina di MOOREMacchina di MOORE Tecnica di sintesi delle reti sequenziali asincroneTecnica di sintesi delle reti sequenziali asincrone Sintesi del Flip – Flop S-RSintesi del Flip – Flop S-R


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