Ενότητα 6 ΑΝΑΛΥΣΗ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Transcript

1 Ενότητα 6 ΑΝΑΛΥΣΗ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

2 Γενικές Γραμμές Ανάλυση Συνδυαστικής Λογικής Σύνθεση Συνδυαστικής Λογικής Λογικές Συναρτήσεις Πολλών Επιπέδων Συνδυαστικά Κυκλώματα Πολλών Επιπέδων NAN Υλοποιήσεις Πολλών Επιπέδων NOR Υλοποιήσεις Πολλών Επιπέδων Βλέπε: Βιβλίο Wakerly Παράγραφοι 4.2, 4.3.1, 4.3.2, 5.1, 5.1.1, 5.1.2, 5.1.3, 5.1.4, 5.1.5, 5.1.6, 5.1.7, Βιβλίο Παράγραφοι 4.1, 4.2, 4.3, 4.4

3

4

5 Ανάλυση Συνδυαστικής Λογικής Αναλύοντας το λογικό κύκλωμα βρίσκουμε: τις λογικές συναρτήσεις που υλοποιούνται σε πρότυπη μορφή τον πίνακα αλήθειας από τις λογικές συναρτήσεις σε κανονική μορφή, αφού μετατρέψουμε πρώτα τις λογικές συναρτήσεις από την πρότυπη (απλοποιημένη) μορφή στην κανονική μορφή από απευθείας τοποθέτηση όλων των δυνατών συνδυασμών 0 και 1 (για μικρό αριθμό εισόδων) την περιγραφή της συμπεριφοράς του λογικού κυκλώματος

6 Ανάλυση Συνδυαστικής Λογικής Διαδικασία εύρεσης των λογικών συναρτήσεων ΕάντολογικόκύκλωμαέχειπύλεςNAN και ΝΟR τις μετατρέπουμε σε πύλες ΑN, OR και ΙΝV, πριν υπολογίσουμε τις λογικές συναρτήσεις Ξεκινάμε από τις εισόδους του λογικού κυκλώματος και υπολογίζουμε τις λογικές συναρτήσεις για κάθε διασύνδεση μεταξύ δύο πυλών μέχρι να φθάσουμε στις εξόδους του λογικού κυκλώματος Βρίσκουμε τις προκύπτουσες λογικές συναρτήσεις σε πρότυπη (απλοποιημένη) μορφή Εφαρμόζουμε το θ. e Morgan και μελετάμε τη συμπληρωματική συνάρτηση σε πρότυπη μορφή αθροίσματος γινομένων, όταν η συνάρτηση είναι σε πρότυπη μορφή γινομένου αθροισμάτων Μετατρέπουμε τη συνάρτηση από την πρότυπη μορφή στην κανονική μορφή (όπως δείξαμε στην ενότητα 4) Διαδικασία εύρεσης του πίνακα αλήθειας προκύπτει απευθείας από τις λογικές συναρτήσεις σε κανονική μορφή αθροίσματος γινομένων

7 Ανάλυση Συνδυαστικής Λογικής Z = C C C C C+ C+ C+ (C+) (C+) (C+) (C+) Y = C+(C+) X = (C+)+(C+) μετατροπέας από τον κώδικα C στον κώδικα excess-3 A W = A+(C+)

8 Άσκηση 6.1 Στα πλαίσια της ανάλυσης του προηγούμενου κυκλώματος Να βρεθούν οι συναρτήσεις Χ, Y, X και W σε πρότυπη μορφή αθροίσματος γινομένου Να μετατραπούν οι συναρτήσεις Χ, Y, X και W σε κανονική μορφή αθροίσματος γινομένου Να δοθεί ο πίνακας αλήθειας

9 Σύνθεση Συνδυαστικής Λογικής Διαδικασία σύνθεσης Κατανόηση του προβλήματος και της περιγραφής της συμπεριφοράς του λογικού κυκλώματος Προσδιορισμός μεταβλητών εισόδου και εξόδου Εύρεση του πίνακα αλήθειας και της λογικής συνάρτησης σε κανονική μορφή Απλοποίηση της λογικής συνάρτησης Επιλογή της τεχνολογίας υλοποίησης Διεπίπεδη / πολυεπίπεδη υλοποίηση Χρήση SSI και MSI κυκλωμάτων Σχεδίαση προγραμματιζόμενης λογικής (PLA, PAL, ROM, FPGA) Σχεδίαση ASIC - επιλογή βιβλιοθήκης για standard cell Σχεδίαση του λογικού κυκλώματος Τυπικές προδιαγραφές

10 Σύνθεση Συνδυαστικής Λογικής Τυπικές προδιαγραφές Διάγραμμα με μπλοκ (lock diagram) Περιγραφή υψηλού επιπέδου που περιέχει λογικά κυκλώματα σε μορφή μπλοκ Λογικό διάγραμμα (Logic diagram) περιγραφή σε επίπεδο λογικών μονάδων Σχηματικό διάγραμμα (Schematic diagram) τυπική περιγραφή σε επίπεδο ηλεκτρονικών δομικών μονάδων (π.χ. πυλών με # pin) Χρονικό διάγραμμα (timing diagram) περιγραφή των λογικών σημάτων σαν συναρτήσεις του χρόνου Περιγραφή συμπεριφοράς λογικές συναρτήσεις, πίνακες αλήθειας, διαγράμματα καταστάσεων, τυπικές περιγραφές σε γλώσσες περιγραφής υλικού (π.χ. ΑEL, VHL, Verilog, C/C++)

11 Διάγραμμα με Μπλοκ

12 Επίπεδο Λογικό Διάγραμμα

13 Ιεραρχικό Λογικό Διάγραμμα

14 Σχηματικό Διάγραμμα

15 Περιγραφή σε VHL Ο Μονοψήφιος Αντιστροφέας entity INV is port ( X: in ST_LOGIC; Y: out ST_LOGIC); end INV; architecture INV_ATAFLOW of INV is begin Y <= not X; end INV_ATAFLOW; X INV Y

16

17 Λογικές Συναρτήσεις Πολλών Επιπέδων Στόχο έχουν την παραπέρα απλοποίηση των λογικών συναρτήσεων δύο επιπέδων εύρεση κοινών μεταβλητών (literals) σε μία συνάρτηση εύρεση κοινών πυλών για περισσότερες από μία εξόδους Μειώνεται το κόστος υλοποίησης (αριθμός πυλών, αριθμός εισόδων στις πύλες) Αυξάνεται η καθυστέρηση διάδοσης του λογικού κυκλώματος

18

19 Λογικές Συναρτήσεις Πολλών Επιπέδων Eύρεση κοινών μεταβλητών f = AF+AEF+F+EF+CF+CEF+G f = (A+AE++E+C+CE)F+G = [(A++C)+(A++C)E)]F+G = (A++C)(+E)F+G

20 A F A E F F E F C F C E F G Συνδυαστικά Κυκλώματα Πολλών Επιπέδων f A C E F G Στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν αυξάνεται η καθυστέρηση διάδοσης f

21 Λογικές Συναρτήσεις Πολλών Επιπέδων Εύρεση κοινών πυλών Ζ = Y = C +C X = + C+C W = A+C+ Ζ = Y = (C+) +C X = (C+)+(C+) W = A+(C+) μετατροπέας από τον κώδικα C στον κώδικα excess-3

22 C A Συνδυαστικά Κυκλώματα Πολλών C C C C+ C+ C+ Επιπέδων (C+) (C+) (C+) (C+) Z = Y = C+(C+) X = (C+)+(C+) μετατροπέας από τον κώδικα C στον κώδικα excess-3 W = A+(C+)

23 ΝΑΝ Υλοποιήσεις Πολλών Επιπέδων Συνδυαστικά κυκλώματα που αποτελούνται από πολλά AN και OR επίπεδα, τα οποία εναλλάσσονται μεταξύ τους NAN υλοποιήσεις προκύπτουν εάν προσθέσουμε στις εξόδους των AN καιστιςεισόδουςτωνor αντιστροφείς και στη συνέχεια ενσωματώσουμε τους αντιστροφείς στις πύλες οι είσοδοι μπορεί να γίνουν συμπληρωματικές κάθε διασύνδεση μεταξύ δύο διαφορετικών πυλών έχει 0 ή 2 αντιστροφείς ενσωματωμένους στις αντίστοιχες εξόδους και εισόδους των πυλών οι έξοδοι μπορεί να χρειάζονται αντιστροφέα

24 ΝΑΝ Υλοποίηση Πολλών Επιπέδων A C E F G A C E F 3 επίπεδα f f G

25 ΝOR Υλοποιήσεις Πολλών Επιπέδων Συνδυαστικά κυκλώματα που αποτελούνται από πολλά AN και OR επίπεδα, τα οποία εναλλάσσονται μεταξύ τους NOR υλοποιήσεις προκύπτουν εάν προσθέσουμε στις εξόδους των OR και στις εισόδους των AN αντιστροφείς και στη συνέχεια ενσωματώσουμε τους αντιστροφείς στις πύλες οι είσοδοι μπορεί να γίνουν συμπληρωματικές κάθε διασύνδεση μεταξύ δύο διαφορετικών πυλών έχει 0 ή 2 αντιστροφείς ενσωματωμένους στις αντίστοιχες εξόδους και εισόδους των πυλών οι έξοδοι μπορεί να χρειάζονται αντιστροφέα

26 ΝOR Υλοποίηση Πολλών Επιπέδων A C E F 3 επίπεδα f G A C E F f G

27 ΝΑΝ & NOR Υλοποιήσεις Πολλών Επιπέδων Συνδυαστικά κυκλώματα που εμπεριέχουν διαδοχικά επίπεδα ιδίου είδους πυλών AN ή OR κάθε διασύνδεση μεταξύ δύο ιδίου είδους πυλών απαιτεί την εισαγωγή ενός αντιστροφέα, όταν απαιτείται αντιστροφή εισόδου ή εξόδου στη μία από τις δύο ίδιες πύλες

28 ΝΑΝ Υλοποίηση Πολλών Επιπέδων A C E F G A C E F G 3 επίπεδα f Απαιτείται ηεισαγωγή αντιστροφέα f

29 ΝOR Υλοποίηση Πολλών Επιπέδων A C E F G A C E F G 3 επίπεδα f Απαιτείται ηεισαγωγή αντιστροφέα f

30