7 η Θεµατική Ενότητα : Καταχωρητές, Μετρητές και Μονάδες Μνήµης

Transcript

1 7 η Θεµατική Ενότητα : Καταχωρητές, Μετρητές και Εισαγωγή Καταχωρητής: είναι µία οµάδα από δυαδικά κύτταρα αποθήκευσης και από λογικές πύλες που διεκπεραιώνουν την µεταφορά πληροφοριών. Οι µετρητές είναι καταχωρητές που παίρνουν διαδοχικά µια προκαθορισµένη σειρά καταστάσεων. Μονάδα µνήµης είναι ένα σύνολο στοιχείων αποθήκευσης µε σχετικά κυκλώµατα µεταφοράς πληροφοριών Μανταλωτής: τα flip flops είναι ευαίσθητα στον παλµό Καταχωρητής: τα flip flops είναι ευαίσθητα στην ακµή του παλµού 2

2 Καταχωρητές µε Παράλληλη Φόρτωση Φόρτωση (loading): η µεταφορά πληροφοριών µέσα σε έναν καταχωρητή. Παράλληλη αν γίνεται σε όλα τα bits µαζί. Σειριακή αν γίνεται σε ένα ένα cell χωριστά. Ο λογικός έλεγχος του ρολογιού (επίτρεψη/ απόρριψη) δεν πρέπει να γίνεται µε λογικές πύλες αλλά χρησιµοποιούνται ασύγχρονες είσοδοι. Ο αντιστροφέας στο ρολόι χρησιµοποιείται για να µειώσει το φορτίο οδήγησης. 3 Καταχωρητές µε Παράλληλη Φόρτωση Ο αποµονωτής στην είσοδο φόρτωσης τοποθετείται για λόγους µείωσης φορτίου. Η είσοδος µηδενισµού χρησιµοποιείται για να φέρει τον καταχωρητή σε µία γνωστή αρχική κατάσταση, και για να σταµατήσει την λειτουργία του. Σχήµα 7.3 Με την χρήση καταχωρητών, ο σχεδιασµός ενός ακολουθιακού κυκλώµατος µετατρέπεται σε σχεδιασµό συνδυαστικού. 4

3 Παράδειγµαχρήσης Καταχωρητών Α (t+)=σ(4, 6) A 2 (t+)=σ(, 2, 5, 6) y(a, A 2, x)=σ(3, 7) 5 Παράδειγµαχρήσης Καταχωρητών 6

4 Καταχωρητές Ολίσθησης Καταχωρητής ολίσθησης: Ένας καταχωρητής που ολισθαίνει τα περιεχόµενά του προς τις δύο κατευθύνσεις. Τα δεδοµένα µπορούν να φορτωθούν σειριακά. Ένα ψηφιακό σύστηµα λειτουργεί σειριακά, όταν οι πληροφορίες µεταφέρονται και επεξεργάζονται το ένα bit µετά το άλλο σε διαδοχικούς χρόνους. 7 Καταχωρητές Ολίσθησης 8

5 Καταχωρητές Ολίσθησης Οι δυνατότητες που έχουν συνήθως οι καταχωρητές είναι οι ακόλουθες:. Μια είσοδο µηδενισµού (θέτει τον καταχωρητή στο ). 2. Μία είσοδο CP για τους παλµούς ρολογιού. 3. Μία είσοδο ελέγχου δεξιάς ολίσθησης. 4. Μία είσοδο ελέγχου αριστερής ολίσθησης. 5. Μία είσοδο ελέγχου παράλληλης φόρτωσης. 6. n γραµµές παράλληλης εισόδου / n γραµµές παράλληλης εξόδου 7. Μία γραµµή σειριακής εισόδου / µία γραµµή σειριακής εξόδου 8. Μία κατάσταση ελέγχου η οποία αφήνει αναλλοίωτες τις πληροφορίες. 9 Καταχωρητές Ολίσθησης Αµφίδροµος Καταχωρητής ολίσθησης: Ένας καταχωρητής που ολισθαίνει τα περιεχόµενά του και προς τις δύο κατευθύνσεις. Μονόδροµος Καταχωρητής ολίσθησης: Ένας καταχωρητής που ολισθαίνει τα περιεχόµενά του προς την µία κατεύθυνση. Καταχωρητής ολίσθησης µε παράλληλη φόρτωση: Ένας καταχωρητής που µπορεί να κάνει ολισθήσεις και να φορτωθεί παράλληλα.

6 Καταχωρητές Ολίσθησης Σειριακή Πρόσθεση Παράλληλος. Καταχωρητές παράλληλης φόρτωσης. 2. Χρειάζεται n πλήρεις αθροιστές 3. Είναι συνδυαστικό κύκλωµα Σειριακός. Καταχωρητές ολίσθησης. 2. Χρειάζεται πλήρη αθροιστή 3. Είναι ακολουθιακό κύκλωµα 2

7 Μετρητές Ριπής Μετρητές Ριπής: Οι είσοδες CP όλων των flip flops εκτός του πρώτου πυροδοτούνται από τις ακµές των κυµµατοµορφών που βγαίνουν από τα άλλα flip flops Αν πάρουµε την έξοδο µέτρησης από τους ακροδέκτες Q τότε έχουµε έναν µετρητή προς τα κάτω. Άλλος τρόπος είναι να πυροδοτούνται τα flip flops από την θετική ακµή του ρολογιού (µικρά κυκλάκια στις εισόδους του ρολογιού) 3 Μετρητής Ριπής BCD Το Q αντιστρέφεται πάντα µε τον παλµό. Το Q 2 αντιστρέφεται αν Q 8 = και µηδενίζεται όταν Q 8 = (µε τον παλµό Q ). To Q 4 αντιστρέφεται πάντα µε τον παλµό Q 2. Το Q 8 αντιστρέφεται όταν Q 4 Q 2 = µε τον παλµό του Q (αλλιώς αντιστρέφεται). 4

8 Μετρητής Ριπής BCD 5 Σύγχρονοι Μετρητές Σύγχρονοι Μετρητές: Οι είσοδες CP όλων των flip flops πυροδοτούνται από τον κοινό παλµό ρολογιού. Στον δυαδικό µετρητή κάθε flip flop πρέπει να αντιστρέφεται µόνο στην ακµή του ρολογιού και όταν όλα τα λιγότερο σηµαντικά ffs είναι στο. Οι σύγχρονοι µετρητές έχουν οµοιόµορφη δοµή και µπορούν να κατασκευαστούν εύκολα µε πύλες και αντιστρέφοντα flip flops O σύγχρονος µετρητής µπορεί να µετράει προς τα κάτω αν στις εισόδους των πυλών ΚΑΙ περάσουµε τις συµπληρωµατικές εξόδους των flip flops 6

9 Σύγχρονοι Μετρητές Μέτρηση Κάτω Μέτρηση Πάνω 7 υαδικός Μετρητής Παράλληλης Φόρτωσης 8

10 υαδικός Μετρητής Παράλληλης Φόρτωσης Οτετράµπιτος µετρητής µπορεί να χρησιµοποιηθεί ώς βάση για την δηµιουργία οποιουδήποτε µετρητή. Για παράδειγµα, ο µετρητής των 8 bits προκύπτει αν συνδέσουµε το κρατούµενο εξόδου του µετρητή χαµηλότερης σηµαντικότητας στην είσοδο µέτρησης του µετρητή υψηλότερης σηµαντικότητας 4 bits 4 bits... 4 bits 9 Παράδειγµα Μετρητής mod-6 2

11 Ακολουθίες Χρονισµού ηµιουργία χρόνου λέξης 8 παλµών για σειριακή επεξεργασία πληροφοριών. 2 Ακολουθίες Χρονισµού Μετρητής ακτυλίου: Ένας κυκλικός καταχωρητής ολίσθησης µε µία µονάδα. Κατασκευή Πολυφασικών Ρολογιών µε χρήση συνδυαστικών πυλών. 22

12 Ακολουθίες Χρονισµού Μετρητής Johnson: Ένας µετρητής δακτυλίου µε αντιστροφή ουράς (παράγει διπλάσιο αριθµό καταστάσεων). Μειονέκτηµα: Αν µπει σε κάποια από τις αχρησιµοποίητες καταστάσεις δεν µπορεί να βγει. 23 ΜνήµηΤυχαίας Προσπέλασης Μονάδα Μνήµης: Ένα σύνολο από κύτταρα αποθήκευσης µαζί µε τα απαραίτητα κυκλώµατα για την µεταφορά πληροφοριών. Αν η µεταφορά αυτή µπορεί να γίνει από και προς οποιαδήποτε τυχαία θέση ονοµάζεται Μνήµη Τυχαίας Προσπέλασης. Οι δυαδικές πληροφορίες αποθηκεύονται οµαδοποιηµένες σε λέξεις (words). 24

13 Λειτουργίες Γραφής/Ανάγνωσης Εγγραφή Μνήµης.. Μεταφορά της δυαδικής διεύθυνσης της λέξης στις γραµµές διεύθυνσης. 2. Μεταφορά των bits δεδοµένων στις γραµµές δεδοµένων 3. Ενεργοποίηση της εισόδου ελέγχου γραφής. Ανάγνωση Μνήµης.. Μεταφορά της δυαδικής διεύθυνσης της λέξης στις γραµµές διεύθυνσης. 2. Ενεργοποίηση της εισόδου ελέγχου ανάγνωσης. Τρόποι διαχωρισµού µνηµών:. Μόνο ανάγνωσης - Ανάγνωσης & Εγγραφής 2. Στατικές - υναµικές 3. Τυχαίας - Σειριακής Προσπέλασης 4. Πρόσκαιρες ή Μη (volatile) 25 Λειτουργίες Γραφής/Ανάγνωσης 26

14 Εσωτερική Οργάνωση Μνήµης 27 Εσωτερική Οργάνωση Μνήµης 28

15 Εσωτερική Οργάνωση Μνήµης Οι είσοδοι δεδοµένων ταυτίζονται µε τις εξόδους αποτελεσµάτων. Αυτό οδηγεί στην χρήση αµφίδροµων στοιχείων (bidirectional) 29 Κώδικας ιόρθωσης Σφαλµάτων Bit Ισοτιµίας: Προστίθεται σε µία λέξη προκειµένου να αποφανθεί εάν η λέξη είναι σωστή ή έχει υποστεί µονό αριθµό από λάθη (µόνο ανίχνευση). Κώδικας διόρθωσης λαθών: έχει την ικανότητα να βρίσκει και να διορθώνει λάθη. Hamming Άρτια Ισοτιµία P =XOR(3,5,7,9,)= P 2 =XOR(3,6,7,,)= P 4 =XOR(5,6,7,2)= P 8 =XOR(9,,,2)= P P 2 P 4 P 8 C =XOR(,3,5,7,9,)= C 2 =XOR(2,3,6,7,,)= C 4 =XOR(4,5,6,7,2)= C 8 =XOR(8,9,,,2)= C = C 2 = C 4 = C 8 = Θέση 6 3

16 Κώδικας ιόρθωσης Σφαλµάτων Με την προσθήκη ενός επιπλέον bit µπορεί να ανιχνεύσει διπλό λάθος και να διορθώσει µονό. Έστω P το επιπλέον bit το οποίο ελέγχει την ισοτιµία όλης της κωδικοποιηµένης λέξης C= P= : OK P= : Λάθος στο P C= P= : ιπλό Λάθος P= : Απλό Λάθος C 8 C 4 C 2 C - P P 2 m P 3 m 2 m 3 m 4 P 4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m m Ανίχνευση και ιόρθωση απλού λάθους 3