ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Σχετικά έγγραφα
ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

Περίληψη ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασµός. Λογικές Πύλες. BUFFER, NAND και NOR. ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο 2005

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδυαστική Λογική / Κυκλώματα

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

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

3. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole

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

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

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211

Ελίνα Μακρή

Επανάληψη Βασικών Στοιχείων Ψηφιακής Λογικής

Γ2.1 Στοιχεία Αρχιτεκτονικής. Γ Λυκείου Κατεύθυνσης

ΗΜΥ-201: 201:Ψηφιακοί. Υπολογιστές Χειμερινό Εξάμηνο Βασικά Ψηφιακής Σχεδίασης

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 17: Αναδιατασσόµενη Λογική Προγραµµατιζόµενο Υλικό

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

Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

9. OIΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Οικουμενικές Πύλες (ΝΑΝD NOR), Πύλη αποκλειστικού Η (XOR) και Χρήση KarnaughMaps

ΜΕΡΟΣ 1 ο : Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

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

Λογική Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

Κεφάλαιο 4. Λογική Σχεδίαση

Ενότητα 8 Η ΠΥΛΗ XOR ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ

Εισαγωγή. Συνδυαστικά: Οι έξοδοι είναι συνάρτηση των εισόδων

Ύλη Λογικού Σχεδιασµού Ι

Ψηφιακά Συστήματα. 4. Άλγεβρα Boole & Τεχνικές Σχεδίασης Λογικών Κυκλωμάτων

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο ΔΙΑΛΕΞΗ 3: Αλγοριθµική Ελαχιστοποίηση (Quine-McCluskey, tabular method)

Παράσταση αριθμών «κινητής υποδιαστολής» floating point

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ (Τ.Ε.Ι.) ΚΡΗΤΗΣ Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής & Πολυμέσων. Ψηφιακή Σχεδίαση. Κεφάλαιο 2: Συνδυαστικά Λογικά

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Αλγεβρα BOOLE και Λογικές Πύλες

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

e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Συνδυαστικά Λογικά Κυκλώματα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2008

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

6. ΟΙΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

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

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ OR, NOR, XOR

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες. Βασικοί Ορισµοί

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Σεπτέμβριος 09 Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα. Διδάσκουσα: Μαρία Κ.

Ψηφιακά Συστήματα. 3. Λογικές Πράξεις & Λογικές Πύλες

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες

επανενεργοποιηθεί Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος Control Systems Laboratory

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Κεφάλαιο 3

ΑΣΚΗΣΗ 3 ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ: ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 6: Λογικές πύλες και λογικά κυκλώματα

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

Ενότητα 5 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών BOOLEAN ALGEBRA

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 18: Διαδικασία Σχεδίασης Ψηφιακών Συστηµάτων - Επανάληψη

Εισαγωγή στη Γλώσσα VHDL

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

2. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες

Απλοποίηση λογικών συναρτήσεων. URL:

Ψηθιακά ςζηήμαηα - Διζαγωγή. ΣΔΙ Πάηπαρ, Σμήμα Ηλεκηπολογίαρ Καθ. Π. Βλασόποςλορ

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ. ιδάσκων : ρ. Β. ΒΑΛΑΜΟΝΤΕΣ. Πύλες - Άλγεβρα Boole 1

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 6: Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Σεπτέμβριος 10. Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα 1

Κεφάλαιο Τρία: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2008

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Συνδυαστικά Κυκλώματα

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 4+5: Άλγεβρα Boole

Κατ οίκον Εργασία ΚE5

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

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 13: Διαδικασία Σχεδιασµού Ακολουθιακών Κυκλωµάτων (Κεφάλαιο 6.

100 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Ψηφιακά Συστήματα. Ενότητα: Ψηφιακά Συστήματα. Δρ. Κοντογιάννης Σωτήρης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Βοηθητικές Σημειώσεις στη ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

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

5.2 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ΚΑΤΑΤΑΞΗΣ ΣΕ ΠΙΝΑΚΑ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΞEΙΔΙΚΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 4: Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

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

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

C D C D C D C D A B

Περίληψη. ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασµός Εαρινό Εξάµηνο Στοιχειώδης Λογικές Συναρτήσεις

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

6.1 Θεωρητική εισαγωγή

Συναρτήσεων Boole. Η Μέθοδος του Χάρτη

Ψηφιακά Συστήματα. 6. Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

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

Transcript:

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 4: Ελαχιστοποίηση και Λογικές Πύλες ΧΑΡΗΣ ΘΕΟΧΑΡΙΔΗΣ Επίκουρος Καθηγητής, ΗΜΜΥ (ttheocharides@ucy.ac.cy)

Περίληψη q Βελτιστοποίηση κυκλωµάτων πολλαπλών επιπέδων (µετασχηµατισµοί) q Λογικές Πύλες q NAND και NOR πύλες Κυκλώµατα µε NAND και NOR Υλοποίηση 2 επιπέδων Υλοποίηση πολλαπλών επιπέδων q Exclusive-OR (XOR) πύλες Περιττή Συνάρτηση (Odd Function) Παραγωγή και έλεγχος ισοτιµίας (Parity) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.2

Βελτιστοποίηση κυκλωµάτων Πολλαπλών Επιπέδων (Multiple-level circuit optimization) q Μπορεί να προσφέρει µεγαλύτερη εξοικονόµηση στο κόστος ενός κυκλώµατος q Θεωρήστε: G = abc + abe + d + ac + ae κόστος = 5 πύλες + 15 διασυνδέσεις a b c d e abc abe ac ae G q G = ab(c+e) + d + a(c+e) κόστος = 5 πύλες + 12 διασυνδέσεις a b c d e ab(c+e) G a(c+e) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.3

Βελτιστοποίηση κυκλωµάτων Πολλαπλών Επιπέδων (Multiple-level circuit optimization) q G = ab(c+e) + d + a(c+e) κόστος = 5 πύλες + 12 διασυνδέσεις a b c d ab(c+e) G e a(c+e) q G = (ab+a)(c+e) + d κόστος = 5 πύλες + 9 διασυνδέσεις a b c a+ab G e d c+e q G = a(c+e) + d κόστος = 3 πύλες + 6 διασυνδέσεις a c e d a(c+e) G ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.4

Βελτιστοποίηση κυκλωµάτων Πολλαπλών Επιπέδων (συν.) q Δεν υπάρχει συστηµατική µέθοδος/αλγόριθµος (όπως χάρτες-karnaugh ή Queen-McCluskey για διεπίπεδη ελαχιστοποίηση) για πολλαπλά επίπεδα. q Βασιζόµαστε σε ένα σύνολο βασικών λειτουργιών µετασχηµατισµών, για να βρούµε µια καλή λύση, αλλά όχι απαραίτητα βέλτιστη (sub-optimal solution). q Μετασχηµατισµοί: Παραγοντοποίηση (Factoring) Αποσύνθεση (Decomposition) Εξαγωγή (Extraction) Αντικατάσταση (Substitution) Απαλοιφή (Elimination ή Flattening ή Collapsing) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.5

Αλγεβρικοί Μετασχηµατισµοί q Παραγοντοποίηση (Factoring) Εξεύρεση κοινών παραγόντων από SOP ή POS εκφράσεις, π.χ.: - F = A C D + A BC + ABC + ACD (G = 16) - Παραγ. F = A (C D + BC ) + A(BC + CD ) (G = 16) - Ξανά παραγ. F = A C (D + B) + AC( B + D ) (G = 12) - Ξανά παραγ. F = (A C + AC)( B + D ) (G = 10) G = αρ. εισόδων για το σύνολο των πυλών = αρ. διασυνδέσεων (εκτός ΝΟΤ) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.6

Αλγεβρικοί Μετασχηµατισµοί (συν.) q Αποσύνθεση (Decomposition) Μια συνάρτηση εκφράζεται από ένα σύνολο νέων συναρτήσεων, π.χ.: - Θεωρήστε την F = (A C + AC)( B + D ) (το αποτέλεσµα της προηγούµενης παραγοντοποίησης) - Αποσύνθεση: Ορίζουµε 2 νέες συναρτήσεις: Ε = Α C +AC και H = B + D à F = E H Άλλο παράδειγµα: - F = Α(C +D )(E+F) + BCDE F (G=14) - Αποσύνθεση: Χ 1 = CD, X 2 = E+F - F = A(C +D )X 2 +BΧ 1 E F = AΧ 1 X 2 + BΧ 1 X 2 (G=9) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.7

Αλγεβρικοί Μετασχηµατισµοί (συν.) q Εξαγωγή (Extraction) Πολλαπλές συναρτήσεις εκφράζονται από ένα σύνολο νέων συναρτήσεων, π.χ. : - F = A B D + A BD = A (B D + BD) και H = B CD + BCD = C(B D + BD) - Ορίζουµε E = B D + BD - à F = A E H = CE - Οι 2 συναρτήσεις (F και Η) έχουν κοινό υλικό (Ε) A B D B D E F H ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.8

Αλγεβρικοί Μετασχηµατισµοί (συν.) q Αντικατάσταση (Substitution) Αντικατάσταση µιας συνάρτησης G σε µια συνάρτηση F à η F εκφράζεται ως συνάρτηση της G και κάποιων άλλων µεταβλητών. Αυτό το έχουµε ήδη δει να γίνεται στο τέλος της αποσύνθεσης, π.χ.: - F = Α(C +D )(E+F) + BCDE F - Αποσύνθεση: Χ 1 = CD, X 2 = E+F - F = A(C +D )X 2 +BΧ 1 E F = AΧ 1 X 2 + BΧ 1 X 2 ß Αντικατάσταση ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.9

Αλγεβρικοί Μετασχηµατισµοί (συν.) q Απαλοιφή (Elimination/Flattening/Collapsing) Το αντίθετο της αντικατάστασης à η συνάρτηση G (µέρος της F) αναπτύσσεται στην F, π.χ. - Έχουµε τις πιο κάτω συναρτήσεις: X = B + C Y = A + B Z = A X + CY - Απαλοιφή των X και Υ από την Ζ: Ζ = Α (B + C) + C(A + B) ß Elimination = A B + A C +AC +BC ß Flattening - Συχνά αυξάνει το κόστος, αλλά παρέχει µια νέα SOP µορφή για ελαχιστοποίηση 2 επιπέδων ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.10

Λογικές Πύλες: AND, OR και NOT q Μπορούµε να κατασκευάσουµε οποιοδήποτε συνδυαστικό κύκλωµα µε τις πύλες AND, OR, και NOT. q Επιπρόσθετες λογικές πύλες µπορούν να χρησιµοποιηθούν για πρακτικούς λόγους. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.11

BUFFER, NAND και NOR ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.12

XOR και XNOR XOR: πύλη µη-ισοτιµίας X F Y X Y F = X Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 XNOR: πύλη ισοτιµίας X F Y X Y F = X Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.13

Πύλη NAND q Είναι γνωστή ως «οικουµενική» ( universal ) πύλη γιατί µπορούµε να υλοποιήσουµε οποιοδήποτε ψηφιακό κύκλωµα µόνο µε αυτές τις πύλες. q Για να αποδείξουµε το πιο πάνω χρειάζεται να δείξουµε ότι οι πύλες AND, OR και NOT µπορούν να εκφραστούν χρησιµοποιώντας µόνο πύλες NAND. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.14

Εξοµοίωση πύλης NAND X F = (X X) = X +X = X X F = X X Y X Y F = ((X Y) ) = (X +Y ) = X Y = X Y X Y X F = (X Y ) = X +Y Y = X+Y F = X Y F = X+Y ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.15

Κυκλώµατα NAND q Για να βρείτε µια υλοποίηση ενός κυκλώµατος χρησιµοποιώντας µόνο πύλες NAND ακολουθήστε τα πιο κάτω βήµατα: Βρέστε ένα απλοποιηµένο SOP Το SOP είναι ένα AND-OR κύκλωµα Αλλάξτε το AND-OR κύκλωµα σε ένα NAND κύκλωµα Χρησιµοποιήστε τα πιο κάτω εναλλακτικά σύµβολα: ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.16

Εξοµοίωση SOP µε NAND Υλοποίηση 2 επιπέδων a) Αρχικό SOP (AND-OR κύκλωµα) b) Υλοποίηση χρησιµοποιώντας πύλες NAND ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.17

Εξοµοίωση SOP µε NAND (συν.) Επαλήθευση: (a) G = WXY + YZ (b) G = ( (WXY) (YZ) ) = (WXY) + (YZ) = WXY + YZ ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.18

SOP µε NAND (ξανά!) (a) (b) (c) Αρχικό SOP Διπλή αντιστροφή (NOT) και οµαδοποίηση Αντικατάσταση µε πύλες NAND AND-NOT NOT-OR ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.19

Υλοποίηση 2-επιπέδων µε NAND - Παράδειγµα F (X,Y,Z) = Σm(0,6) 1. Εκφράστε την F σε SOP µορφή F = X Y Z + XYZ 2. Βρείτε την SOP υλοποίηση για την F 3. Αντικατάσταση: AND à AND-NOT µορφή της NAND OR à NOT-OR µορφή της NAND ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.20

Παράδειγµα (συν.) Δυεπίπεδη υλοποίηση µε πύλες NAND F = X Y Z + XYZ ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.21

Κυκλώµατα πολλαπλών επιπέδων NAND Ξεκινά από ένα κύκλωµα πολλαπλών επιπέδων: 1. Μετατροπή όλων των πυλών AND σε NAND µε σύµβολα AND-NOT. 2. Μετατροπή όλων των πυλών OR σε NAND µε σύµβολα NOT-OR. 3. Έλεγχος όλων των αντιστροφέων (bubbles) στο διάγραµµα. Για κάθε bubble που δεν εξουδετερώνεται µε άλλο bubble πάνω στην ίδια γραµµή, προσθέτουµε µια πύλη NOT ή συµπληρώνουµε την είσοδο. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.22

Παράδειγµα 1 3 Χρησιµοποιήστε πύλες NAND και πύλες NOT για την υλοποίηση της: Z=E F(AB+C +D )+GH 2 4 AB (1) AB+C +D (2) E F(AB+C +D ) (3) E F(AB+C +D )+GH (4) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.23

Ακόµα ένα Παράδειγµα ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.24

Πιο απλός τρόπος! 1. Αντικατάσταση πυλών τύπου AND και OR:.... 2. Πύλες NOT:.. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.25

Παράδειγµα ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.26

Πύλη NOR q Επίσης «οικουµενική» πύλη αφού οποιοδήποτε ψηφιακό κύκλωµα µπορεί να υλοποιηθεί µόνο µε πύλες NOR. q Μπορούµε να το αποδείξουµε µε τον ίδιο τρόπο που έχουµε αποδείξει την πύλη NAND (διαφάνεια 7). ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.27

Κυκλώµατα NOR q Για την υλοποίηση µιας συνάρτησης µε πύλες NOR : Βρείτε ένα απλοποιηµένο POS Το POS είναι ένα κύκλωµα OR-AND Αλλάξτε το OR-AND κύκλωµα σε NOR κύκλωµα Χρησιµοποιήστε τα πιο κάτω σύµβολα ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.28

Υλοποίηση 2-επιπέδων µε NOR Παράδειγµα F(X,Y,Z) = Σm(0,6) 1. Εκφράστε την F ( ) σε SOP µορφή: 1. F = Σm(1,2,3,4,5,7) = X Y Z + X YZ + X YZ + XY Z + XY Z + XYZ 2. F = XY + X Y + Z 2. Πάρτε το συµπλήρωµα της F για να υπολογίσετε την F σε µορφή POS: F = (F ) = (X'+Y)(X+Y')(Z ) 3. Βρείτε την OR-AND υλοποίηση της F 4. Προσθέστε bubbles και αντιστροφείς για την µετατροπή µιας OR-AND υλοποίησης σε µια NOR-NOR υλοποίηση. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.29

Παράδειγµα (συν.) Υλοποίηση 2 επιπέδων µε πύλες NOR F = (F )' = (X'+Y)(X+Y')Z' ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.30

Κυκλώµατα πολλαπλών επιπέδων NOR Ξεκινά από ένα κύκλωµα πολλαπλών επιπέδων: 1. Μετατροπή όλων των πυλών OR σε NOR µε σύµβολα OR-NOT. 2. Μετατροπή όλων των πυλών AND σε NOR µε σύµβολα NOT-AND. 3. Έλεγχος όλων των αντιστροφέων (bubbles) στο διάγραµµα. Για κάθε bubble που δεν εξουδετερώνεται µε άλλο bubble πάνω στην ίδια γραµµή, προσθέτουµε µια πύλη NOT ή συµπληρώνουµε την είσοδο. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.31

Πιο απλός τρόπος! 1. Αντικατάσταση πυλών τύπου AND και OR:.... 2. Πύλες NOT:.. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.32

Παράδειγµα A B A B C F C 1 X 3 2 F D E (a) A D E (b) B C F D E (c) ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.33

Ενα παράδειγµα καθηµερινό! q Δυο διακόπτες, ένα φωτιστικό. Ένας διακόπτης πάνω, και ένας κάτω. Το φωτιστικό φωτίζει την σκάλα. q Αν είναι και οι δύο διακόπτες στην θέση off, τί γίνεται? q Τί γίνεται αν ανάψουµε τον ένα διακόπτη (π.χ. τον κάτω)? q Τί γίνεται όταν ανεβούµε τις σκάλες και ανάψουµε τον άλλο διακόπτη (όταν είναι αναµµένο το φώς)? q q ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.34

Συνάρτηση Exclusive-OR (XOR) q XOR (συµβολίζεται µε ) : η συνάρτηση µη-ισοτιµίας q XOR(X,Y) = X! Y = X Y + XY q Ταυτότητες: X! 0 = X X! 1 = X X! X = 0 X! X = 1 q Ιδιότητες: X! Y = Y! X -- Αντιµεταθετική (X! Y)! W = X! ( Y! W) -- Προσεταιριστική ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.35

Υλοποίηση XOR συνάρτησης q XOR(a,b) = ab + a b q Άµεσος τρόπος: 5 πύλες 2 αντιστροφείς, δύο AND 2-εισόδων, µια OR 2-εισόδων ή 2 αντιστροφείς & 3 NAND 2- εισόδων q Έµµεσος τρόπος: 4 πύλες NAND ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.36

Κύκλωµα XOR µε 4 NAND ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.37

Συνάρτηση Exclusive-NOR (XNOR) q XNOR: η συνάρτηση ισοτιµίας q XNOR(a,b) = ab + a b q Παρατηρήστε ότι XNOR(a,b) = ( XOR(a,b) ) ( a!b ) = ( a b + ab ) = (a b) (ab ) = (a + b ) (a +b) = ab + a b q a! b = ( a! b ) = a! b ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.38

Περιττή Συνάρτηση (Odd Function) q x y = x y + xy q x y z = xy z + x yz + x y z +xyz q x y z w = x yzw + xy zw + xyz w + xyzw + x y z w + x yz w + x y zw +xy z w q Παρατηρείτε κάτι που επαναλαµβάνεται εδώ; ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.39

Περιττή Συνάρτηση (Odd Function) q x y = x y + xy q x y z = xy z + x yz + x y z +xyz q X y z w = x yzw + xy zw + xyz w + xyzw + x y z w + x yz w + x y zw +xy z w q Παρατηρείτε κάτι που επαναλαµβάνεται εδώ; q Μια συνάρτηση XOR n-εισόδων είναι αληθής (=1) για όλους τους ελαχιστόρους που έχουν περιττό αριθµό από 1. q Γι αυτό το XOR είναι γνωστό ως «η περιττή συνάρτηση» ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.40

Περιττή Συνάρτηση (συν.) Οι ελαχιστόροι απέχουν 2 τετράγωνα ο ένας από τον άλλον ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.41

Περιττή Συνάρτηση (συν.) Υλοποίηση µε XOR 2-εισόδων ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.42

Άρτια Συνάρτηση q Πως θα υλοποιούσατε µια άρτια συνάρτηση; Από το συµπλήρωµα του XOR à XNOR ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.43

Παραγωγή ισοτιµίας και έλεγχος q Οι περιττές και άρτιες συναρτήσεις µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την υλοποίηση κυκλωµάτων ελέγχου ισοτιµίας (parity check) που χρησιµοποιούνται για εξεύρεση λαθών και τη διόρθωσή τους. q Γεννήτρια Ισοτιµίας (Parity Generator): το κύκλωµα που παράγει το bit ισοτιµίας, πριν τη µετάδοση από τον αποστολέα. q Έλεγχος Ισοτιµίας (Parity Check): το κύκλωµα που ελέγχει την ισοτιµία στον παραλήπτη, για εξεύρεση λαθών. ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.44

Παραγωγή Άρτιας Ισοτιµίας: Παράδειγµα n Η P(X,Y,Z) πρέπει να παράγει 1 για κάθε συνδυασµό εισόδων που περιέχει περιττό αριθµό από 1 n Είναι µια περιττή συνάρτηση 3 ων -εισόδων P = X Y Z ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.45

Έλεγχος Άρτιας Ισοτιµίας: Παράδειγµα (συν.) Πως θα υλοποιούσατε τον έλεγχο ισοτιµίας για το προηγούµενο παράδειγµα; α) Χρησιµοποιήστε ένα κύκλωµα XOR 4 ων -εισόδων (περιττή συνάρτηση) C = X Y Z P à 1 υποδεικνύει ένα λάθος ή β) Χρησιµοποιήστε ένα XNOR κύκλωµα 4 ων -εισόδων (άρτια συνάρτηση) C = (X Y Z P) à 1 υποδεικνύει ορθή ισοτιµία ΗΜΥ210 Δ04 ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ.46