Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Συνδυαστική Λογική. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Σχετικά έγγραφα
Κυκλώµατα µε MSI. υαδικός Αθροιστής & Αφαιρέτης

1 η Θεµατική Ενότητα : Αριθµητικά Κυκλώµατα. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

2 η Θεµατική Ενότητα : Σύνθετα Συνδυαστικά Κυκλώµατα. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

9. OIΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

PLD. Εισαγωγή. 5 η Θεµατική Ενότητα : Συνδυαστικά. PLAs. PLDs FPGAs

4 η Θεµατική Ενότητα : Συνδυαστική Λογική. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

Ψηφιακά Συστήματα. 6. Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

Ενότητα 7 ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΕΣ - ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΤΕΣ ΑΠΟΠΛΕΚΤΕΣ - ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΕΣ

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μονάδες Μνήμης και Διατάξεις Προγραμματιζόμενης Λογικής

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες 2. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Καταχωρητές και Μετρητές 2. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Εισαγωγή. Συνδυαστικά: Οι έξοδοι είναι συνάρτηση των εισόδων

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

Ύλη Λογικού Σχεδιασµού Ι

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Ακολουθιακή Λογική. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Αριθμητικά Συστήματα. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ. ΜΑΘΗΜΑ 2 ο. ΑΛΓΕΒΡΑ Boole ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΛΟΓΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

i Το τρανζίστορ αυτό είναι τύπου NMOS. Υπάρχει και το συμπληρωματικό PMOS. ; Τι συμβαίνει στο τρανζίστορ PMOS; Το τρανζίστορ MOS(FET)

e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Γ2.1 Στοιχεία Αρχιτεκτονικής. Γ Λυκείου Κατεύθυνσης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Περιεχόμενα. Πρώτο Κεφάλαιο. Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα. Δεύτερο Κεφάλαιο. Αριθμητικά Συστήματα Κώδικες

Ψηφιακά Κυκλώματα (1 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

ΣΧΟΛΗ ΑΣΠΑΙΤΕ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ & ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Επανάληψη Βασικών Στοιχείων Ψηφιακής Λογικής

100 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Συνδυαστικά Κυκλώματα

Αθροιστές. Ημιαθροιστής

ΑΣΚΗΣΗ 3 ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ: ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

Ενότητα 4 ΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Ηλεκτρονική Μάθημα VIΙΙ Ψηφιακά Κυκλώματα Υλοποίηση Λογικών Συναρτήσεων

Η κανονική μορφή της συνάρτησης που υλοποιείται με τον προηγούμενο πίνακα αληθείας σε μορφή ελαχιστόρων είναι η Q = [A].

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Πρόλογος...9 ΚΕΦ. 1. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ - ΚΩΔΙΚΕΣ

ΣΥΝΔΙΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

6.1 Καταχωρητές. Ένας καταχωρητής είναι μια ομάδα από f/f αλλά μπορεί να περιέχει και πύλες. Καταχωρητής των n ψηφίων αποτελείται από n f/f.

ΜΕΡΟΣ 1 ο : Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

4.1 Θεωρητική εισαγωγή

Συνδυαστικά Λογικά Κυκλώματα

C D C D C D C D A B

ΑΣΚΗΣΗ 8 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΕΣ ( MULTIPLEXERS - MUX) ΑΠΟΠΛΕΚΤΕΣ (DEMULTIPLEXERS - DEMUX)

Λογική Σχεδίαση Ι - Εξεταστική Φεβρουαρίου 2013 Διάρκεια εξέτασης : 160 Ονοματεπώνυμο : Α. Μ. Έτος σπουδών:

"My Binary Logic" Ένας προσομοιωτής λογικών πυλών στο Scratch

ΠΛΗ10 Κεφάλαιο 2. ΠΛH10 Εισαγωγή στην Πληροφορική: Τόμος Α Κεφάλαιο: : Αριθμητική περιοχή της ALU 2.5: Κυκλώματα Υπολογιστών

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Βασικές Συνδυαστικές Συναρτήσεις και. Διδάσκουσα: Μαρία Κ. Μιχαήλ

6.1 Θεωρητική εισαγωγή

Συνδυαστική λογική και βασικά λογικά κυκλώματα. URL:

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

3. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole

Ψηφιακή Σχεδίαση Εργαστηριο 1. Τμήμα: Μηχανικών Πληροφορικής κ Τηλεπικοινωνιών Διδάσκων: Δρ. Σωτήριος Κοντογιαννης Μάθημα 2 ου εξαμήνου

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211

ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΝΑΥΤΙΚΟΥ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ : TEΣT ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΓΝΩΣΕΩΝ ΣΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΠΛΗ21 ΟΣΣ#2. 14 Δεκ 2008 ΠΑΤΡΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 2008 Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΜΕΛΕΤΗΣ

ΑΣΚΗΣΗ 6 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΕΣ (MUX) ΑΠΟΠΛΕΚΤΕΣ (DEMUX)

9 ο Μαθητικό Συνέδριο Πληροφορικής Κεντρικής Μακεδονίας. "My Binary Logic" Ένας προσομοιωτής λογικών πυλών στο Scratch

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Συνδυαστικά Κυκλώµατα. 3.2 Σχεδιασµός Συνδυαστικής Λογικής 3.3 ιαδικασία Ανάλυσης 3.4 ιαδικασία Σχεδιασµού.

7. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

Περιεχόµενα. Στοιχειώδης Λογικές Συναρτήσεις. Αποκωδικοποίηση (Decoding) Ενεργοποίηση Συνάρτησης (Enabling)

Ενότητα 5 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Βοηθητικές Σημειώσεις στη ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

Σχεδίαση Βασικών Κυκλωµάτων. Χρ. Καβουσιανός. Επίκουρος Καθηγητής

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Κεφάλαιο 3

Επίπεδο Ψηφιακής Λογικής (The Digital Logic Level)

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

Ενότητα 8 Η ΠΥΛΗ XOR ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ

Εισαγωγή στην πληροφορική

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

w x y Υλοποίηση της F(w,x,y,z) με πολυπλέκτη 8-σε-1

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

Ελίνα Μακρή

Ηλεκτρολόγοι Μηχανικοί ΕΜΠ Λογική Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων Διαγώνισμα κανονικής εξέτασης Θέμα 1ο (3 μονάδες)

Κεφάλαιο 4. Λογική Σχεδίαση

Ενότητα 6 ΑΝΑΛΥΣΗ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

Πράξεις με δυαδικούς αριθμούς

Εργαστήριο Ψηφιακής Σχεδίασης

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 7-8: Ανάλυση και σύνθεση συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων

σύνθεση και απλοποίησή τους θεωρήµατα της άλγεβρας Boole, αξιώµατα του Huntington, κλπ.

3 η Θεµατική Ενότητα : Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΡΑΓΚΙΑΟΥΡΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 6: Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες

f(x, y, z) = y z + xz

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 4: Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

Κεφάλαιο 6. Σύγχρονα και ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα

ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ Ι ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ 2010

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2008

Πίνακας Περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ I ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΩΝ

Άσκηση 3 Ένα νέο είδος flip flop έχει τον ακόλουθο πίνακα αληθείας : I 1 I 0 Q (t+1) Q (t) 1 0 ~Q (t) Κατασκευάστε τον πίνακα

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Transcript:

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Συνδυαστική Λογική Επιμέλεια Διαφανειών: Δ. Μπακάλης Πάτρα, Φεβρουάριος 2009 Ψηφιακά Κυκλώματα Τα ψηφιακά κυκλώματα διακρίνονται σε συνδυαστικά (combinational) και ακολουθιακά (sequential). Συνδυαστικά κυκλώματα: Οι έξοδοι είναι συνάρτηση των τρέχουσων εισόδων και μόνο. Ακολουθιακά κυκλώματα: Οι έξοδοι είναι συνάρτηση των τρεχουσών εισόδων και της κατάστασης των στοιχείων μνήμης η οποία είναι συνάρτηση των προηγούμενων εισόδων. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 2 Συνδυαστική Λογική 2

Συνδυαστικά Κυκλώματα n είσοδοι Συνδυαστικό Κύκλωμα m έξοδοι Ένα συνδυαστικό κύκλωμα αποτελείται από μεταβλητές εισόδου, λογικές πύλες και μεταβλητές εξόδου. Για κάθε έναν από τους 2 n πιθανούς συνδυασμούς δυαδικών τιμών στις εισόδους υπάρχει ένας και μόνο ένας συνδυασμός των εξόδων. Ένα συνδυαστικό κύκλωμα περιγράφεται με m συναρτήσεις Boole n μεταβλητών, μία για κάθε μεταβλητή εξόδου. Κάθε μεταβλητή εισόδου μπορεί να είναι διαθέσιμη με την κανονική ή/και με τη συμπληρωματική μορφή της. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 3 Συνδυαστική Λογική 3 Ανάλυση Συνδυαστικού Κυκλώματος Από το κύκλωμα βρίσκουμε τις συναρτήσεις Boole: 1. Ονομάζουμε τις εξόδους των πυλών του κυκλώματος. 2. Βρίσκουμε τις συναρτήσεις σε κάθε επίπεδο μέχρι το τελευταίο. T 1 = A+B+C T 2 = ABC F 2 = AB+AC+BC = Σ(3,5,6,7) T 3 = F 2 'T 1 Κύκλωμα πλήρη αθροιστή F 1 = T 3 + T 2 =... = = Α'ΒC'+A'B'C+AB'C'+ABC = Σ(1,2,4,7) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 4 Συνδυαστική Λογική 4

Ανάλυση Συνδυαστικού Κυκλώματος Μπορούμε να κατασκευάσουμε τον πίνακα αλήθειας του κυκλώματος κατευθείαν από το λογικό διάγραμμα χωρίς να εξάγουμε συναρτήσεις Boole. T 1 = A+B+C T 2 = ABC F 2 = AB+AC+BC = Σ(3,5,6,7) T 3 = F 2 'T 1 F 1 = T 3 + T 2 = Σ(1,2,4,7) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 5 Συνδυαστική Λογική 5 Σχεδιασμός Συνδυαστικών Κυκλωμάτων Διαδικασία Σχεδιασμού 1. Καθορισμός πλήθους εισόδων/εξόδων και αντιστοίχηση ονομάτων. 2. Εξαγωγή του πίνακα αλήθειας. 3. Απλοποίηση συναρτήσεων των εξόδων του κυκλώματος. 4. Κατασκευάζουμε το λογικό διάγραμμα του κυκλώματος. 5. Επαληθεύουμε την ορθότητα της σχεδίασης. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 6 Συνδυαστική Λογική 6

Σχεδιασμός Συνδυαστικών Κυκλωμάτων Επιλογή Απλοποιημένης Έκφρασης 1. Ελάχιστος αριθμός πυλών. 2. Ελάχιστος αριθμός εισόδων πύλης. 3. Ελάχιστο χρόνο διάδοσης σήματος. 4. Ελάχιστος αριθμός διασυνδέσεων. 5. Περιορισμοί οδήγησης. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 7 Συνδυαστική Λογική 7 Παράδειγμα: Κύκλωμα Μετατροπής Κωδίκων Η ύπαρξη πολλών κωδίκων οδηγεί στην ανάγκη μετατροπών ανάλογα με τη λειτουργία του κάθε συστήματος. Ένας μετατροπέας κωδίκων είναι ένα κύκλωμα που μετατρέπει πληροφορία από ένα κώδικα Α σε ένα κώδικα Β. Οι γραμμές εισόδου τροφοδοτούν το κύκλωμα με συνδυασμούς δυαδικώνψηφίωνπουανήκουνστονκώδικαα. Οι γραμμές εξόδου παράγουν συνδυασμούς δυαδικούς ψηφίων που ανήκουν στον κώδικα Β. Οι αχρησιμοποίητες καταστάσεις αποτελούν αδιάφορους όρους. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 8 Συνδυαστική Λογική 8

Παράδειγμα: Μετατροπή BCD σε Excess-3 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 9 Συνδυαστική Λογική 9 Παράδειγμα: Μετατροπή BCD σε Excess-3 Χάρτες μετατροπέα κώδικα BCD σε Excess-3. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 10 Συνδυαστική Λογική 10

Παράδειγμα: Μετατροπή BCD σε Excess-3 Μπορούμε να αλλάξουμε αλγεβρικά τις απλοποιημένες εκφράσεις με σκοπό να χρησιμοποιήσουμε κοινές πύλες για 2 ή περισσότερες εξόδους. z=d' y=cd+c'd'=cd+(c+d)' x=b'c+b'd+bc'd'= =B'(C+D)+BC'D'= =B'(C+D)+B(C+D)' w=a+bc+bd=a+b(c+d) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 11 Συνδυαστική Λογική 11 Ημι-Aθροιστής (Half Adder) 1.Καθορισμός προβλήματος: κύκλωμα που να προσθέτει δύο δυαδικά ψηφία. 2.Πλήθος εισόδων/εξόδων: 2 είσοδοι 2 έξοδοι. 3.Ονομασία εισόδων/εξόδων: έστω x, y οι δύο είσοδοι (προσθετέοι) και C (κρατούμενο), S (άθροισμα) οι δύο έξοδοι. 4.Πίνακας αλήθειας: Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 12 Συνδυαστική Λογική 12

Ημι-Αθροιστής (α) S = x'y + xy' C=xy (β) S = x y C=xy Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 13 Συνδυαστική Λογική 13 Πλήρης Aθροιστής (Full Adder) 1.Καθορισμός προβλήματος: κύκλωμα που να προσθέτει τρία δυαδικά ψηφία. 2.Πλήθος εισόδων/εξόδων: 3 είσοδοι 2 έξοδοι. 3.Ονομασία εισόδων/εξόδων: έστω x, y οι δύο είσοδοι (προσθετέοι), z το κρατούμενο της προηγούμενης βαθμίδας και C (κρατούμενο), S (άθροισμα) οι δύο έξοδοι. 4.Πίνακας αλήθειας: Συνδυαστική Λογική 14 Συνδυαστική Λογική 14

Πλήρης-Αθροιστής S = x'y'z+x'yz'+xy'z'+xyz C = xy + yz + xz Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 15 Συνδυαστική Λογική 15 Πλήρης-Αθροιστής Ένας πλήρης αθροιστής μπορεί να υλοποιηθεί με δύο ημιαθροιστές και μία πύλη OR. S=x y z C = xy + yz + xz Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 16 Συνδυαστική Λογική 16

Δυαδικός Αθροιστής Το άθροισμα δύο δυαδικών αριθμών των n bits μπορεί να παραχθεί είτε σειριακά είτε παράλληλα. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 17 Συνδυαστική Λογική 17 ΠαράλληλοςΔυαδικόςΑθροιστής Ο Παράλληλος Αθροιστής αποτελείται από n πλήρεις αθροιστές και παράγει το αποτέλεσμα σε 1 κύκλο ρολογιού. Υλοποίηση με συναρτήσεις: Πίνακας αλήθειας με 9 εισόδους και 2 9 =512 καταστάσεις. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 18 Συνδυαστική Λογική 18

ΠαράλληλοςΔυαδικόςΑφαιρέτης =1 Α Β = Α + συμπλήρωμα(β) = Α + Β' + 1 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 19 Συνδυαστική Λογική 19 ΠαράλληλοςΔυαδικόςΑθροιστής/Αφαιρέτης Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 20 Συνδυαστική Λογική 20

Διάδοση Κρατουμένου Δυαδικού Αθροιστή Χρόνος Διάδοσης (Καθυστέρηση): Επίπεδα Πυλών Καθυστέρηση Πύλης Παράλληλος Αθροιστής: Η μεγαλύτερη καθυστέρηση οφείλεται στη διάδοση του κρατουμένου. 2 επίπεδα πυλών για κάθε διάδοση κρατουμένου. 2 n επίπεδα για τον παράλληλο αθροιστή n bits. Ο χρόνος διάδοσης κρατουμένου είναι πολύ μεγάλος. Μείωση χρόνου διάδοσης κρατουμένου. Η πρόσθεση είναι η συχνότερη πράξη. Χρήση γρηγορότερων πυλών (άνω όριο). Αύξηση πολυπλοκότητας κυκλώματος (πρόβλεψη κρατουμένου). Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 21 Συνδυαστική Λογική 21 Πρόβλεψη Κρατουμένου (Carry Look-Ahead) P i = A i B i G i = A i B i S i = P i C i C i+1 = G i +P i C i Διαδοτής Κρατουμένου Γεννητής Κρατουμένου C 0 = κρατούμενο εισόδου C 1 =G 0 +P 0 C 0 C 2 =G 1 +P 1 C 1 = G 1 +P 1 (G 0 +P 0 C 0 )=G 1 +P 1 G 0 +P 1 P 0 C 0 C 3 =G 2 +P 2 C 2 = =G 2 +P 2 G 1 +P 2 P 1 G 0 +P 2 P 1 P 0 C 0 Κάθε κρατούμενο μπορεί να υλοποιηθεί με ένα επίπεδο πυλών AND ακολουθούμενο από μία πύλη OR. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 22 Συνδυαστική Λογική 22

Γεννήτρια Πρόβλεψης Κρατουμένου C 1 =G 0 +P 0 C 0 C 2 =G 1 +P 1 G 0 +P 1 P 0 C 0 C 3 =G 2 +P 2 G 1 +P 2 P 1 G 0 +P 2 P 1 P 0 C 0 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 23 Συνδυαστική Λογική 23 Αθροιστής Πρόβλεψης Κρατουμένου P i = A i B i S i = P i C i G i = A i B i Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 24 Συνδυαστική Λογική 24

Κύκλωμα Σύγκρισης (Comparator) Συγκριτής: συγκρίνει δύο αριθμούς και βρίσκει τη σχέση τους (<,>,=). Για δύο αριθμούς των n bits έχουμε 2 2n συνδυασμούς. Το κύκλωμα του συγκριτή έχει αρκετή κανονικότητα. Έστω Α = Α 3 Α 2 Α 1 Α 0 και Β = Β 3 Β 2 Β 1 Β 0 οι δύο αριθμοί. Ισχύει Α = Β όταν όλα τα ζευγάρια (A i, B i ) είναι ίσα, δηλαδή Α 3 =Β 3 και Α 2 =Β 2 και Α 1 =Β 1 και Α 0 =Β 0. (Α=Β) = x 3 x 2 x 1 x 0 x i = Α i B i + A i 'Β i ' Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 25 Συνδυαστική Λογική 25 Κύκλωμα Σύγκρισης ΓιαναβρούμεεάνΑ<Β ήα>β εξετάζουμε τα σχετικά μεγέθη των ζευγαριών ψηφίων ξεκινώντας από την πιο σημαντική θέση. Εάν τα δύο ψηφία είναι ίσα τότε συγκρίνουμε το επόμενο λιγότερο σημαντικό ζευγάρι ψηφίων. Εάν A i = 1 και B i =0τότε Α > Β, εάν Α i =0 και Β i =1 τότε Α < Β. (Α>Β) = Α 3 Β 3 ' + x 3 A 2 B 2 ' + x 3 x 2 A 1 B 1 ' + x 3 x 2 x 1 A 0 B 0 ' (Α<Β) = B 3 A 3 ' + x 3 B 2 A 2 ' + x 3 x 2 B 1 A 1 ' + x 3 x 2 x 1 B 0 A 0 ' Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 26 Συνδυαστική Λογική 26

Κύκλωμα Σύγκρισης (Α=Β) = x 3 x 2 x 1 x 0 x i = Α i B i + A i 'Β i ' (Α>Β)=Α 3 Β 3 '+x 3 A 2 B 2 '+x 3 x 2 A 1 B 1 '+x 3 x 2 x 1 A 0 B 0 ' (Α<Β)=B 3 A 3 '+x 3 B 2 A 2 '+x 3 x 2 B 1 A 1 '+x 3 x 2 x 1 B 0 A 0 ' Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 27 Συνδυαστική Λογική 27 Δυαδικός πολλαπλασιαστής Κύκλωμα πολ/στη 2x2 bit Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 28 Συνδυαστική Λογική 28

Δυαδικός πολλαπλασιαστής Κύκλωμα πολ/στη 4x3 bit Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 29 Συνδυαστική Λογική 29 Αποκωδικοποιητής: κύκλωμα που μετατρέπει τη δυαδική πληροφορία των n γραμμών εισόδου σε εως 2 n μοναδικές γραμμές εξόδου (ελαχιστόροι n μεταβλητών). Παράδειγμα: Αποκωδικοποιητής 3-σε-8 Αποκωδικοποιητής (Decoder) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 30 Συνδυαστική Λογική 30

Αποκωδικοποιητής με Είσοδο Επίτρεψης Ο αποκωδικοποιητής μπορεί να παράγει συμπληρωματικές εξόδους. Ο αποκωδικοποιητής μπορεί να έχει είσοδο επίτρεψης. 0 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 31 Συνδυαστική Λογική 31 Αποπλέκτης (Demultiplexer) Ο αποπλέκτης δέχεται πληροφορίες από μία απλή γραμμή και τις μεταβιβάζει σε μία από τις 2 n δυνατές γραμμές εξόδου ανάλογα με τις τιμές των n γραμμών επιλογής. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 32 Συνδυαστική Λογική 32

Αποκωδικοποιητής/Αποπλέκτης Επέκταση αποκωδικοποιητή με χρήση πολλών αποκωδικοποιητών 2 αποκωδικοποιητές 3 σε 8 δίνουν 1 αποκωδικοποιητή 4 σε 16 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 33 Συνδυαστική Λογική 33 Υλοποίηση Συνάρτησης με Αποκωδικοποιητή Αφού ο αποκωδικοποιητής παράγει τους 2 n ελαχιστόρους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υλοποιήσει οποιαδήποτε συνάρτηση. Κάθε συνδυαστικό κύκλωμα με n εισόδους και m εξόδους μπορεί να υλοποιηθεί με έναν αποκωδικοποιητή n-σε-2 n γραμμών και m πύλες OR. Εάν ο αριθμός των ελαχιστόρων μιας συνάρτησης είναι μεγαλύτερος από 2 n /2, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μία πύλη NOR για να αθροίσουμε τους ελαχιστόρους της F'. Η έξοδος της πύλης NOR δίνει τη συνάρτηση F. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 34 Συνδυαστική Λογική 34

Παράδειγμα Υλοποίηση πλήρους αθροιστή με αποκωδικοποιητή. S(x,y,z) = Σ(1,2,4,7) C(x,y,z) = Σ(3,5,6,7) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 35 Συνδυαστική Λογική 35 Κωδικοποιητής (Encoder) Ο Κωδικοποιητής εκτελεί την αντίστροφη λειτουργία από τον Αποκωδικοποιητή: Έχει 2 n γραμμές εισόδου και n γραμμές εξόδου και δίνει στην έξοδο τον δυαδικό κώδικα που αντιστοιχεί στις γραμμές εισόδου. Προβλήματα: Όταν περισσότερες της μίας είσοδοι είναι 1 τότε η έξοδος είναι απροσδιόριστη. (Λύση: προτεραιότητα) Όταν όλες οι είσοδοι είναι 0 τότε η έξοδος είναι 0 που δεν είναι σωστό αφού η D 0 1. (Λύση: διάκριση της κατάστασης) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 36 Συνδυαστική Λογική 36

Κωδικοποιητής από Οκταδικό σε Δυαδικό Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 37 Συνδυαστική Λογική 37 Κωδικοποιητής Προτεραιότητας Ο κωδικοποιητής προτεραιότητας είναι ένα κύκλωμα κωδικοποιητή που περιλαμβάνει συνάρτηση προτεραιότητας. Παράδειγμα: Κωδικοποιητής προτεραιότητας 4 εισόδων Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 38 Συνδυαστική Λογική 38

Κωδικοποιητής Προτεραιότητας 4 Εισόδων x= D 2 +D 3 y = D 3 +D 1 D 2 ' V = D 0 +D 1 +D 2 +D 3 Λύνει το πρόβλημα της επιλογής όταν περισσότερες της μίας εισόδων είναι 1 επιλέγοντας αυτή με τη μεγαλύτερη προτεραιότητα. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 39 Συνδυαστική Λογική 39 Πολυπλέκτης (Multiplexer) Ο πολυπλέκτης είναι ένα συνδυαστικό κύκλωμα που επιλέγει δυαδικές πληροφορίες ανάμεσα σε πολλές γραμμές εισόδου και τις κατευθύνει σε μία γραμμή εξόδου. Η επιλογή της μιας συγκεκριμένης γραμμής εισόδου γίνεται μέσω μερικών γραμμών επιλογής. Ένας πολυπλέκτης 2 n -σε-1 γραμμή κατασκευάζεται από έναν αποκωδικοποιητή n-σε-2 n προσθέτοντας σε αυτόν 2 n εισόδους μια για κάθε πύλη AND. Οι έξοδοι των πυλών AND εφαρμόζονται σε μια μοναδική πύλη OR για να δώσουν τη μία γραμμή εξόδου. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 40 Συνδυαστική Λογική 40

Πολυπλέκτης 2-σε-1 S Y(s,I 0,I 1 )= s' I 0 + s I 1 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 41 Συνδυαστική Λογική 41 Πολυπλέκτης 4-σε-1 Y(s 1,s 0,I 3,I 2,I 1,I 0 )= s 1 ' s 0 ' I 0 + s 1 ' s 0 I 1 + s 1 s 0 ' I 2 + s 1 s 0 I 3 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 42 Συνδυαστική Λογική 42

Πολυπλέκτες με Κοινή Είσοδο Επίτρεψης Η είσοδος Επίτρεψης (Ε) τοποθετείται για λόγους επέκτασης. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 43 Συνδυαστική Λογική 43 Υλοποίηση Συνάρτησης με Πολυπλέκτη Κάθε πολυπλέκτης 2 n σε 1 μπορεί να υλοποιήσει οποιαδήποτε συνάρτηση n+1 μεταβλητών ως εξής: 1. Βάζουμε τις n μεταβλητές στις εισόδους επιλογής. 2. Χρησιμοποιούμε την τελευταία μεταβλητή για τις εισόδους. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 44 Συνδυαστική Λογική 44

Παράδειγμα F(x,y,z) = Σ(1,2,6,7) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 45 Συνδυαστική Λογική 45 Υλοποίηση Συναρτήσεων Boole Αλγόριθμος υλοποίησης συνάρτησης n μεταβλητών με χρήση πολυπλέκτη: 1. Χρησιμοποιούμε πολυπλέκτη 2 n-1 -σε-1 με n-1 γραμμές επιλογής. 1. Δημιουργούμε τον πίνακα αλήθειας της συνάρτησης. 2. Συνδέουμε τις n -1 περισσότερο σημαντικές μεταβλητές στις γραμμές επιλογής και κρατάμε τη δεξιότερη (λιγότερο σημαντική). 3. Για κάθε συνδυασμό των μεταβλητών των γραμμών επιλογής, εκφράζουμε την έξοδο ως συνάρτηση της τελευταίας μεταβλητής. Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 46 Συνδυαστική Λογική 46

Παράδειγμα F(A,B,C,D) = Σ(1,3,4,11,12,13,14,15) Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 47 Συνδυαστική Λογική 47 Βιβλιογραφία 1. Ψηφιακή Σχεδίαση (3 η έκδοση), Μ. Morris Mano, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2005 2. Ψηφιακή Σχεδίαση Αρχές και Πρακτικές, J. Wakerly, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2002 3. Digital Design (4 th edition), M. Morris Mano & M. Ciletti, Pearson Prentice Hall, 2007 Απλοποίηση Συνδυαστική Συναρτήσεων Λογική Βoole 48 Συνδυαστική Λογική 48