A.S.E.11.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 11 Funzione XORFunzione XOR Enumerazione di funzioniEnumerazione di funzioni Reti logicheReti.

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1 A.S.E.11.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 11 Funzione XORFunzione XOR Enumerazione di funzioniEnumerazione di funzioni Reti logicheReti logiche Reti logiche combinatorieReti logiche combinatorie Reti logiche sequenzialiReti logiche sequenziali SimboliSimboli Concetto di cicloConcetto di ciclo Concetto di minimizzazione (funzione costo)Concetto di minimizzazione (funzione costo) Realizzazioni diverse della stessa funzioneRealizzazioni diverse della stessa funzione Mappe di KarnaughMappe di Karnaugh ImplicantiImplicanti Implicanti principaliImplicanti principali

2 A.S.E.11.2 Richiami Esempi di applicazione dei vari teoremiEsempi di applicazione dei vari teoremi Passaggi da forma SP a PS e viceversaPassaggi da forma SP a PS e viceversa Insieme funzionalmente completoInsieme funzionalmente completo Funzione NANDFunzione NAND Funzione NORFunzione NOR Funzioni AND, OR e NOTFunzioni AND, OR e NOT Funzioni NAND e NORFunzioni NAND e NOR

3 A.S.E.11.3 Funzioni “complesse” 1 L’operatore “XOR”, OR ESCLUSIVO è:L’operatore “XOR”, OR ESCLUSIVO è: DefinizioneDefinizionexyu000 011 101 110

4 A.S.E.11.4 Funzioni “complesse” 2 L’operatore “XNOR”, NOR ESCLUSIVO è:L’operatore “XNOR”, NOR ESCLUSIVO è: DefinizioneDefinizionexyu001 010 100 111

5 A.S.E.11.5 Enumerazione di funzioni 1 Quesito:Quesito: Quante funzioni di due variabili si posso realizzare?Quante funzioni di due variabili si posso realizzare? Risposta:Risposta: quante sono le possibili configurazioni diverse di quattro elementi binari (cioè 16). In generale:quante sono le possibili configurazioni diverse di quattro elementi binari (cioè 16). In generale:xy f0f0f0f0 f1f1f1f1 f2f2f2f2 f3f3f3f3 f4f4f4f4 f5f5f5f5 f6f6f6f6 f7f7f7f7 f8f8f8f8 f9f9f9f9 fAfAfAfA fBfBfBfB fCfCfCfC fDfDfDfD fEfEfEfE fFfFfFfF000000000011111111 010000111100001111 100011001100110011 110101010101010101

6 A.S.E.11.6 Enumerazione di funzioni 2 Ruotando di 90˚ la tabellaRuotando di 90˚ la tabella

7 A.S.E.11.7 Reti Logiche Sistema elettronico che ha in ingresso segnali digitali e fornisce in uscita segnali digitali secondo leggi descrivibili con l’algebra BooleanaSistema elettronico che ha in ingresso segnali digitali e fornisce in uscita segnali digitali secondo leggi descrivibili con l’algebra Booleana R.L. è unidirezionaleR.L. è unidirezionale R. L.   a b nw y x

8 A.S.E.11.8 Tipi di reti Reti COMBINATORIEReti COMBINATORIE In qualunque istante le uscite sono funzione del valore che gli ingressi hanno in quell’istanteIn qualunque istante le uscite sono funzione del valore che gli ingressi hanno in quell’istante Il comportamento (uscite in funzione degli ingressi) è descritto da una tabellaIl comportamento (uscite in funzione degli ingressi) è descritto da una tabella Reti SEQUENZIALIReti SEQUENZIALI In un determinato istante le uscite sono funzione del valore che gli ingressi hanno in quell’istante e i valori che hanno assunto precedentementeIn un determinato istante le uscite sono funzione del valore che gli ingressi hanno in quell’istante e i valori che hanno assunto precedentemente La descrizione è più complessaLa descrizione è più complessa Stati InterniStati Interni Reti dotate di MEMORIAReti dotate di MEMORIA

9 A.S.E.11.9 Simboli Simboli Rete Logica =>scomponibile in blocchiRete Logica =>scomponibile in blocchi Blocchi base = simboli degli operatori elementariBlocchi base = simboli degli operatori elementari Rappresentazione delle funzioni logiche mediante schemiRappresentazione delle funzioni logiche mediante schemi RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICARAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA

10 A.S.E.11.10 Porte logiche Rappresentazione circuitale delle funzioni logicheRappresentazione circuitale delle funzioni logiche –AND –OR –NOT X1X1 X2X2 X3X3 Y X1X1 X2X2 Y XY

11 A.S.E.11.11 Esempio Schema simbolico della funzioneSchema simbolico della funzione –RETE LOGICA RETELOGICARETELOGICA X1X1 XnXn X2X2 U = f(X 1, X 2,…., X n ) X2X2 X1X1 X3X3 U

12 A.S.E.11.12 Altre porte logiche NANDNAND NORNOR X Z Y X Z Y XZY001 011 101 110 XZY001 010 100 110

13 A.S.E.11.13 Proprietà della porta NAND (NOR) Utilizzando solamente porte NAND (NOR) è possibile realizzare qualunque rete logicaUtilizzando solamente porte NAND (NOR) è possibile realizzare qualunque rete logica NOTNOT ANDAND OROR X Y = X X Z Y = XZ X Z Y = X+Z

14 A.S.E.11.14 OR Esclusivo Realizzazione dell’OR EsclusivoRealizzazione dell’OR Esclusivo X Y X Y U XYU000 011 101 110 U

15 A.S.E.11.15 Ciclo DefinizioneDefinizione Ciclo: Percorso chiuso che attraversa k blocchi (k ≥ 1) tutti nella loro direzione di funzionamentoCiclo: Percorso chiuso che attraversa k blocchi (k ≥ 1) tutti nella loro direzione di funzionamento OsservazioniOsservazioni Tutte le reti viste sono prive di cicliTutte le reti viste sono prive di cicli I blocchi base combinatori sono privi di cicliI blocchi base combinatori sono privi di cicli Le funzioni descrivibili dalle tabelle di verità sono tutte prive di cicli (le uscite sono funzione dei solo ingressi)Le funzioni descrivibili dalle tabelle di verità sono tutte prive di cicli (le uscite sono funzione dei solo ingressi) ConclusioneConclusione Tutte le reti logiche composte di blocchi combinatori e prive di cicli sono rei combinatorieTutte le reti logiche composte di blocchi combinatori e prive di cicli sono rei combinatorie

16 A.S.E.11.16 Sintesi di reti combinatorie SintesiSintesi data la descrizione ai terminali di una rete combinatoriadata la descrizione ai terminali di una rete combinatoria ottenere la struttura in blocchi logici e le relative interconnessioniottenere la struttura in blocchi logici e le relative interconnessioni OsservazioniOsservazioni il funzionamento della rete deve essere possibile descriverlo mediante una tabella di veritàil funzionamento della rete deve essere possibile descriverlo mediante una tabella di verità non esiste una sola realizzazionenon esiste una sola realizzazione per poter scegliere fra le varie soluzioni è necessario definire il parametro da ottimizzareper poter scegliere fra le varie soluzioni è necessario definire il parametro da ottimizzare Funzione COSTOFunzione COSTO (numero di blocchi base, ritardo ingresso uscita, uso di particolari blocchi, ……..)(numero di blocchi base, ritardo ingresso uscita, uso di particolari blocchi, ……..) VEDERE ESEMPI SUCCESSIVIVEDERE ESEMPI SUCCESSIVI

17 A.S.E.11.17 Esempio di funzione Data la funzione definita dalla Tabella di Verità:Data la funzione definita dalla Tabella di Verità: abcz 0001 0010 0101 0110 1001 1011 1101 1110 Si ha:

18 A.S.E.11.18 Schemi relativi 1 a b c z a a b b c c

19 A.S.E.11.19 Schemi relativi 2 a b c z

20 A.S.E.11.20 Schemi relativi 3 a b c z

21 A.S.E.11.21 Schemi relativi 4 a b c z a b c z

22 A.S.E.11.22 Mappe di Karnaugh 1 Tecnica tabellare di descrizione delle reti combinatorieTecnica tabellare di descrizione delle reti combinatorie Struttura a matriceStruttura a matrice EsempiEsempi 2 variabili3 variabili 2 variabili3 variabili si riportano solo gli “0” o solo gli “1”si riportano solo gli “0” o solo gli “1” 01 0f(0,0)f(0,1) 1f(1,0)f(1,1) b a000111100f(0,0,0)f(0,0,1)f(0,1,1)f(0,1,0) 1f(1,0,0)f(1,0,1)f(1,1,1)f(1,1,0) b, c a

23 A.S.E.11.23 Adiacenza Una combinazione delle variabili d’ingresso è detta logicamente adiacente a un’altra se le due combinazioni sono differenti solo in corrispondenza di un solo bitUna combinazione delle variabili d’ingresso è detta logicamente adiacente a un’altra se le due combinazioni sono differenti solo in corrispondenza di un solo bit Nelle mappe, l’ordine delle combinazioni delle variabili è scelto in modo tale che due combinazione geometricamente adiacenti siano anche logicamente adiacenteNelle mappe, l’ordine delle combinazioni delle variabili è scelto in modo tale che due combinazione geometricamente adiacenti siano anche logicamente adiacente

24 A.S.E.11.24 Mappe di Karnaugh 2 4 variabili4 variabili due colonne adiacenti differiscono per una sola variabiledue colonne adiacenti differiscono per una sola variabile due righe adiacenti differiscono per una sola variabiledue righe adiacenti differiscono per una sola variabile la prima i l’ultima colonna sono adiacentila prima i l’ultima colonna sono adiacenti La mappa è scritta su un cilindro verticaleLa mappa è scritta su un cilindro verticale la prima i l’ultima riga sono adiacentila prima i l’ultima riga sono adiacenti La mappa è scritta su un cilindro orizzontale (ovvero la mappa sta su un toroide)La mappa è scritta su un cilindro orizzontale (ovvero la mappa sta su un toroide) c d a b 00011110 00f(0000)f(0001)f(0011)f(0010) 01f(0100)f(0101)f(0111)f(0110) 11f(1100)f(1101)f(1111)f(1110) 10f(1000)f(1001)f(1011)f(1010)

25 A.S.E.11.25 Mappe di Karnaugh 3 5 variabili5 variabili e = 0e = 1 e = 0e = 1 Le caselle con la stessa lettera sono adiacentiLe caselle con la stessa lettera sono adiacenti Attenzione alle caselle con lettere in rosso SONO ADIACENTiAttenzione alle caselle con lettere in rosso SONO ADIACENTi c d a b 00011110 00az 01 a x 11y 10bb c d a b0001111000 c z ce 01 d x 11dy 10e

26 A.S.E.11.26 Esempio Per la funzione prima trovata si haPer la funzione prima trovata si ha abcz 0001 0010 0101 0110 1001 1011 1101 1110 00011110011 1111 a b, c00011110000 10 a

27 A.S.E.11.27 Osservazioni Data una funzione di “n” variabiliData una funzione di “n” variabili Ogni casella della mappa corrisponde a un mintermine della funzione (prodotto di “n” termini)Ogni casella della mappa corrisponde a un mintermine della funzione (prodotto di “n” termini) Due caselle adiacenti danno luogo a un prodotto di (n-1) terminiDue caselle adiacenti danno luogo a un prodotto di (n-1) termini Quattro caselle adiacenti danno luogo a un prodotto di (n-2) terminiQuattro caselle adiacenti danno luogo a un prodotto di (n-2) termini Otto caselle adiacenti danno luogo a un prodotto di (n-3) terminiOtto caselle adiacenti danno luogo a un prodotto di (n-3) termini

28 A.S.E.11.28 Esempio 1 Funzione “f ”di 4 variabiliFunzione “f ”di 4 variabili La forma canonica SP si ottiene sommando le caselle dove f vale “1”La forma canonica SP si ottiene sommando le caselle dove f vale “1”

29 A.S.E.11.29 Esempio 2 Data la funzione definita dalla seguente mappa:Data la funzione definita dalla seguente mappa: si ha:si ha:

30 A.S.E.11.30 Definizione Il prodotto “p ” si definisce implicante della finzione “f “ se p e f valgono “1” per la stessa configurazione degli ingressiIl prodotto “p ” si definisce implicante della finzione “f “ se p e f valgono “1” per la stessa configurazione degli ingressi I mintermini della funzione sono tutti implicanti della funzioneI mintermini della funzione sono tutti implicanti della funzione Una funzione si può sempre scrivere come somma di implicantiUna funzione si può sempre scrivere come somma di implicanti Una casella delle mappe di Karnaugh è un implicante di ordine 1 (0) [1]Una casella delle mappe di Karnaugh è un implicante di ordine 1 (0) [1] Due caselle adiacenti sono un implicante di ordine 2 (1) [2]Due caselle adiacenti sono un implicante di ordine 2 (1) [2] Quattro caselle adiacenti sono un implicante di ordine 3 (2) [4]Quattro caselle adiacenti sono un implicante di ordine 3 (2) [4] Otto caselle adiacenti sono un implicante di ordine 4 (3) [8]Otto caselle adiacenti sono un implicante di ordine 4 (3) [8] L’espressine di un implicante si ricava direttamente dalle mappe di KarnaughL’espressine di un implicante si ricava direttamente dalle mappe di Karnaugh

31 A.S.E.11.31 Esempio Per la funzione prima vista si ha:Per la funzione prima vista si ha: Impicante di “z “ Impicante di ordine 2 Impicante di ordine 3 Impicante di ordine 1

32 A.S.E.11.32 Esempio Esempio di implicanti di ordine 2Esempio di implicanti di ordine 2

33 A.S.E.11.33 Esempio Esempio di implicanti di ordine 3Esempio di implicanti di ordine 3

34 A.S.E.11.34 Esempio Esempio di implicanti di ordine 4Esempio di implicanti di ordine 4

35 A.S.E.11.35 Definizione RichiamoRichiamo –Una funzione si può sempre scrivere come somma di implicanti Un implicante p* si dice implicante principale se non esiste nessun altro implicante p’ tale che p’ copra p*Un implicante p* si dice implicante principale se non esiste nessun altro implicante p’ tale che p’ copra p* Per ogni funzione f esiste almeno un insieme di implicanti principali tale che f può essere espressa come somma di soli implicanti principaliPer ogni funzione f esiste almeno un insieme di implicanti principali tale che f può essere espressa come somma di soli implicanti principali

36 A.S.E.11.36 Esempio Per la funzione prima vista :Per la funzione prima vista : si ha:si ha: L’implicane verde non è principaleL’implicane verde non è principale

37 A.S.E.11.37 Conclusioni Funzione XORFunzione XOR Enumerazione di funzioniEnumerazione di funzioni Reti logicheReti logiche Reti logiche combinatorieReti logiche combinatorie Reti logiche sequenzialiReti logiche sequenziali SimboliSimboli EsempiEsempi Concetto di cicloConcetto di ciclo Realizzazioni diverse della stessa funzioneRealizzazioni diverse della stessa funzione Mappe di KarnaughMappe di Karnaugh ImplicantiImplicanti Implicanti principaliImplicanti principali

38 A.S.E.11.38 Quesiti Ricavare le funzioni logiche di Z 1 e Z 2Ricavare le funzioni logiche di Z 1 e Z 2 X2X2 X1X1 X3X3 Z1Z1 Z2Z2

39 A.S.E.11.39 Suggerimenti Scrivere la tabella di verità comprensiva delle funzioni intermedie “a”, “b” e “c”Scrivere la tabella di verità comprensiva delle funzioni intermedie “a”, “b” e “c” X2X2 X1X1 X3X3 Z1Z1 Z2Z2 a c b