Πρότυπα Συµβόλων για τις Μονάδες Μνήµης. Άµεση Είσοδοι (Direct Inputs) Χρονικοί Παράµετροι (Flip-Flop Timing Parameters)

Transcript

1 Πρότυπα Συµβόλων για τις Μονάδες Μνήµης Άµεση Είσοδοι (irect Inputs) Master-lave: Postponed output indicators Edge-Triggered: namic indicator with ontrol with ontrol (a) Latches Triggered Triggered Triggered Triggered (b) Master-lave Flip-Flops Triggered Triggered (c) Edge-Triggered Flip-Flops hapter 6 - Part 27 Όταν ανάβουµετορεύµα ή όταν κάνουµε reset, όλοτοκύκλωµα ήτµήµατα του ακολουθιακού κυκλώµατος αρχικοποιούνται σε µια γνωστή κατάσταση προτού να κάνει οποιαδήποτε άλλη λειτουργία Η αρχικοποίηση γίνεται ανεξάρτητα από τη συµπεριφορά του ρολογιού στο κύκλωµα, δηλ. ασύγχρονά. Άµεση (irect and/or ) είσοδοι ελέγχουν την κατάσταση των µανταλοτών µέσα σε ένα flip-flops και χρησιµοποιούνται για την αρχικοποίηση. Για το flip-flop της εικόνας στο resets το flip-flop στη κατάσταση στο sets το flip-flop στη κατάσταση hapter 6 - Part 28 Χρονικοί Παράµετροι (Flip-Flop Timing Parameters) Flip-Flop Timing Parameters (continued) t s - setup time t h -hold time t w -clock / pulse width t p -propagation dela t PHL - High-to- Low t PLH - Low-to- High t pd -ma(t PHL, t PLH ) twh$ twh,min twl$ twl,min ts th tp-,min tp-,ma (a) Pulse-triggered (positive pulse) t wh$ twh,min twl$ twl,min ts th tp-,min tp-,ma (b) Edge-triggered (negative edge) hapter 6 - Part 29 t s - setup time Master-slave Ίδια διάρκεια µετονπαλµό τουρολογιού. Edge-triggered Ίσο µε ένα χρόνο το οποίο είναι πάρα πολύ πιο µικρό από τον παλµό του ρολογιού. t h -hold time Συνήθως είναι πάρα πολύ µικρό () t p -propagation dela Ίδιος ορισµός όπως και τις πύλες εκτός του ότι Μετριέται από τον την αλλαγή του ρολογιού η οποία αλλάζει την έξοδο. hapter 6 - Part 3 Ανάλυση Ακολουθιακών Κυκλωµάτων Παράδειγµα (από Fig. 6-7) Γενικό Μοντέλο Παρούσα κατάσταση στον χρόνο (t) αποθηκεύεται σε ένα πίνακα από flip-flops. torage Elements Inputs Ηεπόµενη κατάσταση στο χρόνο (t+) είναι µια oolean συνάρτηση της tate LK ombinational Logic Net tate κατάστασης και των εισόδων. ΗΈξοδοςστονχρόνο(t) είναι oolean συνάρτηση της Κατάστασης (t) και (µερικές φορές) των εισόδων στον χρόνο (t). s Είσοδος: (t) Έξοδος: (t) Κατάσταση: ((t), (t)) Ποια είναι η συνάρτηση εξόδου; Ποια είναι η Συνάρτηση της επόµενης κατάστασης; P hapter 6 - Part 3 hapter 6 - Part 32

2 Παράδειγµα (from Fig. 6-7) (continued) Παράδειγµα (from Fig. 6-7) (continued) Εξισώσεις για τις συναρτήσεις : (t+) = (t)(t) + (t)(t) (t+) = (t)(t) (t) = (t)((t) + (t)) Net tate P ' Σε ποιο χρονικό σηµείο ορίζονται οι Καταστάσεις; l EET... l LOK... l X... l N... l N... l... l... l Y... l Functional imulation - Fig. 4-8 Mano & Kime. 53ns 6ns 59ns 22ns 265ns 38ns 37ns 424ns t t+ t+2 t+3 hapter 6 - Part 33 hapter 6 - Part 34 Χαρακτηριστικά του Πίνακα Καταστάσεων Πίνακας Καταστάσεων (tate table) πίνακας πολλαπλών µεταβλητών µεαυτάτα4 τµήµατα : Παρούσα Κατάσταση (Present tate) τιµές της κατάστασης για κάθε επιτρεπτή κατάσταση. Είσοδος (Input) Επιτρεπτοί πιθανοί συνδυασµοί εισόδου. Επόµενη Κατάσταση (Net-state) ητιµή της κατάστασης στον χρόνο (t+) βάσης της παρούσας κατάστασης και της εισόδου. Έξοδος () ητιµή της εξόδου ως συνάρτηση της παρούσας κατάστασης και (µερικές φορές) της εισόδου. Αν το παροµοιάζουµε µετονπίνακααληθείας: οι είσοδοι είναι οι Είσοδοι και Παρούσα Κατάσταση καιοιέξοδοιείναιηέξοδοςκαιεπόµενη Κατάσταση hapter 6 - Part 35 Παράδειγµα : tate Table (από Fig. 6-7) Ο πίνακας καταστάσεων µπορεί να συµπληρωθεί βάση των συναρτήσεων της επόµενης κατάστασης και της εξόδου. : (t+) = (t)(t) + (t)(t) (t+) = (t)(t) (t) = (t)((t) + (t)) Present tate Input Net tate (t) (t) (t) (t+) (t+) (t) hapter 6 - Part 36 Παράδειγµα : Εναλλακτικός Πίνακας Καταστάσεων 2-διαστατός πίνακας καταστάσεων παρόµοιος µετον µονοδιάστατο πίνακα (t+) = (t)(t) + (t)(t) (t+) = (t)(t) (t) = (t)((t) + (t)) Present Net tate tate (t)= (t)= (t)= (t)= (t) (t) (t+)(t+) (t+)(t+) (t) (t) hapter 6 - Part 37 ιαγράµµατα Καταστάσεων (tate iagrams) Οι συναρτήσεις ακολουθιακών κυκλωµάτων µπορεί να εκφραστούν γραφικά µεδιαγράµµατα καταστάσεων τα οποία έχουν τα ακόλουθα στοιχεία : Ένα κύκλο µε τοόνοµατηςκατάστασης(για κάθε κατάσταση) Ένα τόξο µεβέλοςαπό τη Παρούσα κατάσταση στην Επόµενη για κάθε µετάβαση/αλλαγή κατάστασης Μια ετικέτα σε κάθε τόξο µετιςτιµές εισόδου οι οποίες προκαλούν αλλαγή στη παρούσα κατάσταση και Μια ετικέτα : Σε κάθε κύκλω µετιςτιµές εξόδου που παράγονται, ή Σε κάθε τόξο µετηντιµήεξόδουπου παράγεται. hapter 6 - Part 38 2

3 ιαγράµµατα Καταστάσεων (tate iagrams) Μορφή της Ετικέτας : Στον κύκλο µε την έξοδο του κυκλώµατος : state/output Τύπου Moore: η έξοδος εξαρτάτε µόνο από την κατάσταση του κυκλώµατος Στον τόξο µε την έξοδο του κυκλώµατος : input/output Τύπου Meal: η έξοδος εξαρτάται από είσοδο και κατάσταση κυκλώµατος Παράδειγµα : tate iagram =/= Τύπος Κυκλώµατος ; Το διάγραµµα είναι πολύπλοκο για =/= µεγάλα κυκλώµατα. Για µικρά κυκλώµατα είναιποιοεύκολονα κατανοήσουµε τη λειτουργία παρά από τον πίνακα καταστάσεων =/= =/= =/= =/= =/= =/= hapter 6 - Part 39 hapter 6 - Part 4 Παράδειγµα : Meale tate iagram Moore και Meal Μοντέλα Τα ακολουθιακά κυκλώµατα ή ακολουθιακές µηχανές ονοµάζονταιαλλιώςωςμηχανέςµε Περιορισµένες Καταστάσεις (Finite tate Machines - FMs). Υπάρχουν 2 µοντέλα: Moore Model Ονοµάζονται από τον E.F. Moore. οι έξοδοι είναι συνάρτηση ΜΟΝΟ των καταστάσεων. Ορίζονται συνήθως στον κύκλο της κατάστασης Meal Model Ονοµάζονται από τον G. Meal Οι έξοδοι είναι συνάρτιση των εισόδων ΚΑΙ της κατάστασης. Ορίζονται στον τόξο της µετάβασης. In contemporar design, models are sometimes mied Moore and Meal hapter 6 - Part 4 hapter 6 - Part 42 Moore Μοντέλα Moore και Meal Μοντέλα Net tate P ' hapter 6 - Part 43 hapter 6 - Part 44 3

4 Moore Μοντέλα Eample 2: equential ircuit nalsis Logic iagram: Z Το µοντέλο Moore δείχνει την κατάσταση του κυκλωµατικός στην έξοδο. Το µοντέλο Meale δείχνει την είσοδο και την κατάσταση του κυκλώµατος στην έξοδο. lock eset hapter 6 - Part 45 hapter 6 - Part 46 Eample 2: Flip-Flop Input Equations Eample 2: tate Table Variables Inputs: None s: Z tate Variables:,, Initialization: eset to (,,) Equations (t+) = Z = (t+) = (t+) = X = X(t+) Z hapter 6 - Part 47 hapter 6 - Part 48 Eample 2: tate iagram eset Which states are used? What is the function of the circuit? hapter 6 - Part 49 Κύκλωµα (ircuit and stem Level Timing) Υποθέστε ένα σύστηµα µε επίπεδα από φλιπφλοπς συνδεδεµένα µε ' ένα συνδυαστικό κύκλωµα: ' Εάν η περίοδος του ' ρολογιού είναι πάρα πολύ µικρή τότε οι ' αλλαγές στα δεδοµένα ' δενθαπεράσουναπότο LOK κύκλωµα στα φλιπ-φλοπς προτού αρχίσει ο χρόνος αρχικοποίησης (setup time) LOK ' ' ' ' ' hapter 6 - Part 5 4

5 Κύκλωµα (ircuit and stem Level Timing) Οχρόνοςσεµια διαδροµή απόέναflip-flop στο άλλο. t p t pd,ff t pd,om t s t slack (a) Edge-triggered (positive edge) t pd,ff t pd,om t slack t s t p (b) Pulse-triggered (negative pulse) Κύκλωµα (ircuit and stem Level Timing) Νέοι Χρονικοί Παράµετροι t p - clock period Το χρονικό διάστηµα στο οποίο εµφανίζονται οι ίδιες αλλαγές σε ένα περιοδικό ρολόι t pd,om χρόνος µετάδοσης ενός συνδυαστικού κυκλώµατος. ηλ. η διαδροµή από την έξοδο του φλιπ-φλοπ στην είσοδο του φλιπ-φλοπ. t slack χρόνος ασφάλειας για τη σωστή λειτουργία του κυκλώµατος. Μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό Πρέπει να είναι θετικό ή µηδέν για όλες τις διαδροµές για να λειτουργεί σωστά το κύκλωµα. hapter 6 - Part 5 hapter 6 - Part 52 Κύκλωµα (ircuit and stem Level Timing) Χρονικές Συναρτήσεις (Timing Equations) t p = t slack + (t pd,ff + t pd,om + t s ) Για t slack µεγαλύτερο ή ίσον του µηδενός, t p ma (t pd,ff + t pd,om + t s ) για όλες τις διαδροµές από την έξοδο του flip-flop στην είσοδο του flip-flop Υπολογισµός του Επιτρεπτού t pd,om Υπολογίστε την επιτρεπτή τιµή για ένα κύκλωµα µε: a) Using edge-triggered flip-flops b) Using master-slave flip-flops Παράµετροι t pd,ff (ma) =. ns t s (ma) =.3 ns for edge-triggered flip-flops t s = t wh =. ns for master-slave flip-flops lock frequenc = 25 MHz hapter 6 - Part 53 hapter 6 - Part 54 5