ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 21 Registri SISO, SIPO, PISO, PIPO Sintesi di reti sequenziali sincrone Macchina di MEALY Macchina di MOORE Tabella delle transizioni Numerazione degli stati Sintesi delle reti combinatorie Esempio A.S.E.

Richiami Reti sequenziali Concetto di memoria Anelli di reazione F-F D A.S.E.

Registro a scorrimento (shift register) Serial In Serial Out (SISO) In Ck Out D Q Ck In 0 1 2 3 4 t Out A.S.E.

Registro a scorrimento 2 Serial In Parallel Out (SIPO) D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck In Out Ck Q3 Q2 Q1 Q0 Ck In 1 1 1 Q3 1 Q2 Q1 1 Q0 1 0 1 2 3 4 t Out A.S.E.

Registro a scorrimento 3 Parallel In Serial Out (PISO) Load Pr D Q Ck Cl Pr D Q Ck Cl Pr D Q Ck Cl Pr D Q Ck Cl Out Clear Ck A.S.E.

Registro a scorrimento 4 Parallel In Parallel Out (PIPO) Load Pr D Q Ck Cl Pr D Q Ck Cl Pr D Q Ck Cl Pr D Q Ck Cl Out Clear Ck A.S.E.

Registro di sincronizzazione PIPO Ver. 2 D Q Ck D Q Ck D Q Ck D Q Ck In Ck Q3 Q2 Q1 Q0 A.S.E.

Macchina di MEALY 1 Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi z1 z1 X1 a1 Xn zm zm an sp1 R’ sn1 an+1 zm+1 R sPk snk an+k zm+k Memoria A.S.E.

Macchina di MOORE 1 Le variabili d’uscita, in un determinato istante, sono funzione del sole variabili di stato R s’1 z1 X1 a1 z1 CN2 Xn CN1 an zm zW s1 an+1 zm+1 s’k sk zk an+k Memoria A.S.E.

Instabilità Segnale di CLOCK La memoria cambia le proprie usciti in corrispondenza del fronte di discesa (salita) del CLOCK V T A.S.E.

Macchina di MEALY 2 Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi R R’ X1 Xn z1 sp1 sPk sn1 snk a1 an an+1 an+k zm zm+1 zm+k Ck A.S.E.

Macchina di MOORE 2 Le variabili d’uscita, in un determinato istante, sono funzione del sole variabili di stato R s’1 z1 X1 a1 z1 CN2 Xn CN1 an zm zW s1 an+1 zm+1 s’k sk zk an+k Ck A.S.E.

Tabella delle transizioni Si riportano Valore degli ingressi Variabili di stato di partenza (Stato presente) Variabili di stato di arrivo (Nuovo stato) X1 … Xn Sp1 Spn Sn1 …. Snn 1 .. X1 a1 z1 z1 R’ Xn an zm sp1 zm zm+1 sn1 sPk an+1 snk R an+k zm+k Ck A.S.E.

Rete sequenziale sincronizzata Per il corretto funzionamento è necessario che siano rispettati i tempi Tsetup e Thold del registro R z1 z1 X1 a1 Xn zm zm an sp1 R’ sn1 an+1 zm+1 sPk snk an+k zm+k Ck A.S.E.

Temporizzazione Condizioni sugli ingressi Ck X Sp Sn Z t Th Th Tx Tcs Ts Tp Tcz Tp A.S.E.

Glossario Th = Thold (tempo di mantenimento dopo il campionamento) Ts = Tsetup (tempo di stabilizzazione prima del campionamento) Tp = Tpropagation (tempo di propagazione del dato nel Flip –Flop D) Tx = Tinput (tempo durante il quale gli ingressi possono variare) Tcs = Tcalc-s (Tempo di calcolo delle variabili di stato) Tcz = Tcalc-z (Tempo di calcolo delle variabili d’uscita) A.S.E.

Osservazioni In questa macchina il tempo di calcolo delle variabili di stato limita pesantemente l’intervallo di tempo durante il quale gli ingressi possono essere instabili Per garantire la sincronizzazione degli ingressi si può mettere una barriera di F-F D (un Registro) subito dopo i terminali d’ingresso A.S.E.

Macchina di Mealy Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi z1 z1 X1 a1 Xn zm zm an sp1 R’ sn1 an+1 zm+1 R sPk snk an+k zm+k Ck A.S.E.

Osservazioni Le uscite sono asincrone È pericoloso usare più reti fra loro connesse si può ottenere una macchina asincrona “nascosta” A.S.E.

Macchina di MOORE Le variabili d’uscita, in un determinato istante, sono funzione del sole variabili di stato R s’1 z1 X1 a1 z1 CN2 Xn CN1 an zm zW s1 an+1 zm+1 s’k sk zk an+k Ck A.S.E.

Osservazioni Le uscite sono sincrone È possibile usare più reti fra loro connesse senza il pericolo di creare anelli di reazione che possono dare luogo a reti sequenziali asincrone Le condizioni da rispettare sui vari tempi di assestamento risultano meno stringenti Le uscite vengono presentate in ritardo rispetto alla macchina di Mealy (tempo d’attese per la sincronizzazione) A.S.E.

Macchina di Mealy Ritardata Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi, ma risultano sincronizzate z1 z1 X1 a1 Xn zm zm an sp1 R’ sn1 an+1 zm+1 R sPk snk an+k zm+k Ck A.S.E.

Osservazioni Le uscite sono sincrone È possibile usare più reti fra loro connesse senza il pericolo di creare anelli di reazione che possono dare luogo a reti sequenziali asincrone Le condizioni da rispettare sui vari tempi di assestamento risultano meno stringenti La macchina di Mealy ritardata è una macchina di Moore in senso stretto Può richiedere meno stati interni della macchina di Moore A.S.E.

Flip - Flop J – K Tabella di Verità Schema logico Q Q Q Ck J K Q X 1 X 1 Q J Q Ck Q K Q Q A.S.E.

Diagramma di flusso Q Ck J K Q X 1 A.S.E. Wa 0,0 Y J, K 0,1 Q 1 Wb X 1 Q Wa 0,0 Y J, K 0,1 Q 1 Wb 1,0 A.S.E.

Tabella delle transizioni Wa 0,0 Y J, K 0,1 Q 1 Wb 1,0 J K Wp Wn 1 A.S.E.

Individuazioni delle equazioni Costruzione delle Mappe di Karnaugh J K Wp Wn Q 1 Wn J,K 0,0 0,1 1,1 1,0 1 Wp A.S.E.

Schema K D Q Ck Q J Ck A.S.E.

Flip - Flop T (TOGLE) Tabella di Verità Schema logico Q Ck T Q X 1 X 1 Q T Q Ck A.S.E.

Diagramma di flusso Wa 1 Wb Q Y Y T A.S.E.

Tabella delle transizioni Wp Wn 1 Wa 1 Wb Q Y Y T A.S.E.

Individuazioni delle equazioni Costruzione delle Mappe di Karnaugh Wn T T Wp Wn Q 1 1 Wp A.S.E.

Schema D Q Ck Q T Ck A.S.E.

Riconoscitore di sequenza Y attiva per la sequenza “0101” Valido anche per sequenze interallaciate 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 Riconoscitore di sequenza A.S.E.

Diagramma di flusso 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 Y A.S.E. Z,W a 00 c 11 Y Y 1 1 d 10 b 01 Y Y Y 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 A.S.E.

Tabella delle transizioni Z,W a 00 c 11 X Zp Wp Zn Wn 1 Y 1 1 d 10 b 01 Y Y A.S.E.

Individuazioni delle equazioni X Zp Wp Zn Wn Y 1 Zn Zp,Wp 00 01 11 10 1 X Y Zp,Wp Wn Zp,Wp 00 01 11 10 1 00 01 11 10 1 X X A.S.E.

Sintesi di reti sequenziali sincronizzate CONCLUSIONI Registri SISO, SIPO, PISO, PIPO Sintesi di reti sequenziali sincronizzate Macchina di Mealy Macchina di Moore Macchina di Mealy ritardata Esempi Flip – Flop J – K Flip – Flop T A.S.E.