A.S.E.21.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 21 Sintesi di reti sequenziali sincrone...
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A.S.E.A.S.E. 21.21.11
ARCHITETTURA DEI SISTEMI ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICIELETTRONICI
LEZIONE N° 21LEZIONE N° 21
Sintesi di reti sequenziali sincroneSintesi di reti sequenziali sincrone• Macchina di MEALYMacchina di MEALY• Macchina di MOOREMacchina di MOORE• Tabella delle transizioniTabella delle transizioni• Numerazione degli statiNumerazione degli stati• Sintesi delle reti combinatorieSintesi delle reti combinatorie• EsempioEsempio
A.S.E.A.S.E. 21.21.22
RichiamiRichiami
• Reti sequenzialiReti sequenziali
• Concetto di memoriaConcetto di memoria
• Anelli di reazioneAnelli di reazione
• Flip-Flop “D”Flip-Flop “D”
• RegistriRegistri SISO, SIPO, PISO, PIPOSISO, SIPO, PISO, PIPO
A.S.E.A.S.E. 21.21.33
Macchina di MEALY 1Macchina di MEALY 1
• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi
R
R’
X1
Xn
z1
sp1
sPk
sn1
snk
a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zm+k
zm
Memoria
A.S.E.A.S.E. 21.21.44
Macchina di MOORE 1Macchina di MOORE 1• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,
sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR
CN1
X1
Xn
z1
zWs1
sks’k
s’1a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zk
CN2
Memoria
A.S.E.A.S.E. 21.21.55
InstabilitàInstabilità
• Segnale di CLOCKSegnale di CLOCK
• La memoria cambia le proprie usciti in La memoria cambia le proprie usciti in corrispondenza del fronte di discesa corrispondenza del fronte di discesa (salita) del CLOCK(salita) del CLOCK
T
V
A.S.E.A.S.E. 21.21.66
Macchina di MEALY 2Macchina di MEALY 2
• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi
R
R’
X1
Xn
z1
sp1
sPk
sn1
snk
a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zm+k
zm
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.77
Macchina di MOORE 2Macchina di MOORE 2• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,
sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR
CN1
X1
Xn
z1
zWs1
sks’k
s’1a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zk
CN2
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.88
Rete sequenziale sincronizzataRete sequenziale sincronizzata
Per il corretto funzionamento è necessario che Per il corretto funzionamento è necessario che siano rispettati i tempi Tsiano rispettati i tempi Tsetupsetup e T e Tholdhold del registro del registro
R
R’
X1
Xn
z1
sp1
sPk
sn1
snk
a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zm+k
zm
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.99
TemporizzazioneTemporizzazione
• Condizioni sugli ingressi Condizioni sugli ingressi
Ck
X
Sp
Sn
Z
t
Tp
Th
Tp
ThTsTx Tcs
Tcz
A.S.E.A.S.E. 21.21.1010
GlossarioGlossario
• ThTh = = TTholdhold (tempo di mantenimento dopo il (tempo di mantenimento dopo il campionamento)campionamento)
• TsTs == TTsetupsetup (tempo di stabilizzazione prima del (tempo di stabilizzazione prima del campionamento)campionamento)
• TpTp == TTpropagation propagation (tempo di propagazione del dato nel (tempo di propagazione del dato nel Flip –Flop D)Flip –Flop D)
• TxTx == TTinputinput (tempo durante il quale gli ingressi (tempo durante il quale gli ingressi possono possono variare)variare)
• TcsTcs == TTcalc-scalc-s (Tempo di calcolo delle variabili di stato) (Tempo di calcolo delle variabili di stato)
• TczTcz == TTcalc-zcalc-z (Tempo di calcolo delle variabili d’uscita) (Tempo di calcolo delle variabili d’uscita)
A.S.E.A.S.E. 21.21.1111
OsservazioniOsservazioni
• In questa macchina il tempo di calcolo In questa macchina il tempo di calcolo delle variabili di stato limita delle variabili di stato limita pesantemente l’intervallo di tempo pesantemente l’intervallo di tempo durante il quale gli ingressi possono durante il quale gli ingressi possono essere instabiliessere instabili
• Per garantire la sincronizzazione degli Per garantire la sincronizzazione degli ingressi si può mettere una barriera di F-ingressi si può mettere una barriera di F-F D (un Registro) subito dopo i terminali F D (un Registro) subito dopo i terminali d’ingressod’ingresso
A.S.E.A.S.E. 21.21.1212
Macchina di MealyMacchina di Mealy
• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi
R
R’
X1
Xn
z1
sp1
sPk
sn1
snk
a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zm+k
zm
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.1313
Problema dell’instabilitàProblema dell’instabilità
• Presenza di anelli multipliPresenza di anelli multipli
• A causa dei ritardi sulle porte le uscite A causa dei ritardi sulle porte le uscite oscillanooscillano
R
S
01
Q
CkA 10
Q
1 1
1 0
01
1
0
J*
K*
A.S.E.A.S.E. 21.21.1414
OsservazioniOsservazioni
• Le uscite sono asincroneLe uscite sono asincrone• È pericoloso usare più reti fra loro È pericoloso usare più reti fra loro
connesseconnesse• si può ottenere una macchina asincrona “nascosta”si può ottenere una macchina asincrona “nascosta”
A.S.E.A.S.E. 21.21.1515
Macchina di MOOREMacchina di MOORE• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,
sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR
CN1
X1
Xn
z1
zWs1
sks’k
s’1a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zk
CN2
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.1616
OsservazioniOsservazioni
• Le uscite sono sincroneLe uscite sono sincrone• È possibile usare più reti fra loro connesse È possibile usare più reti fra loro connesse
senza il pericolo di creare anelli di senza il pericolo di creare anelli di reazione che possono dare luogo a reti reazione che possono dare luogo a reti sequenziali asincronesequenziali asincrone
• Le condizioni da rispettare sui vari tempi Le condizioni da rispettare sui vari tempi di assestamento risultano meno stringentidi assestamento risultano meno stringenti
• Le uscite vengono presentate in ritardo rispetto alla Le uscite vengono presentate in ritardo rispetto alla macchina di Mealy (tempo d’attese per la macchina di Mealy (tempo d’attese per la sincronizzazione)sincronizzazione)
A.S.E.A.S.E. 21.21.1717
Macchina di Mealy RitardataMacchina di Mealy Ritardata
• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi, ma risultano stato e degli ingressi, ma risultano sincronizzatesincronizzate
R
R’
X1
Xn
z1
sp1
sPk
sn1
snk
a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zm+k
zm
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.1818
OsservazioniOsservazioni
• Le uscite sono sincroneLe uscite sono sincrone• È possibile usare più reti fra loro connesse È possibile usare più reti fra loro connesse
senza il pericolo di creare anelli di reazione senza il pericolo di creare anelli di reazione che possono dare luogo a reti sequenziali che possono dare luogo a reti sequenziali asincroneasincrone
• Le condizioni da rispettare sui vari tempi di Le condizioni da rispettare sui vari tempi di assestamento risultano meno stringentiassestamento risultano meno stringenti
• La macchina di Mealy ritardata è una La macchina di Mealy ritardata è una macchina di Moore in senso strettomacchina di Moore in senso stretto
• Può richiedere meno stati interni della Può richiedere meno stati interni della macchina di Mooremacchina di Moore
A.S.E.A.S.E. 21.21.1919
Tabella delle transizioniTabella delle transizioni• Si riportanoSi riportano
– Valore degli ingressiValore degli ingressi– Variabili di stato di partenza (Stato presente)Variabili di stato di partenza (Stato presente)– Variabili di stato di arrivoVariabili di stato di arrivo (Nuovo stato)(Nuovo stato)
XX11 …… XXnn SpSp11 …… SpSpnn SnSn
11
…….. SnSn
nn
00 00 00 00 00 00 00 11 00
00 00 00 00 00 11 00 11 11
.... .... .... .... .... .... .... .... ....
00 00 00 11 11 11 11 00 11
00 00 11 00 00 00 11 11 11
00 00 11 00 00 11 00 11 00
.... .... .... .... .... .... .... .... ....
11 11 11 11 11 11 00 11 11
R
R’X1
Xn
z1
sp1
sPk
sn1
snk
a1
an
an+1
an+k
z1
zm
zm+1
zm+k
zm
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.2020
Flip - Flop J – KFlip - Flop J – K
• Tabella di VeritàTabella di Verità Schema Schema logicologico
CkCk JJ KK QQ
00 XX XX QQ
11 XX XX QQ
XX XX QQ
00 00 QQ
00 11 00
11 00 11
11 11 QQ
J Q Ck QK
A.S.E.A.S.E. 21.21.2121
Diagramma di flussoDiagramma di flusso
00 WaWa
0,00,0YY
YY
J, K
0,10,1
11 WbWb
0,00,0YY
YY1,01,0
CkCk JJ KK QQ
00 XX XX QQ
11 XX XX QQ
XX XX QQ
00 00 QQ
00 11 00
11 00 11
11 11 QQ
A.S.E.A.S.E. 21.21.2222
Tabella delle transizioniTabella delle transizioni
JJ KK WpWp WnWn
00 00 00 00
00 00 11 11
00 11 00 00
00 11 11 00
11 00 00 11
11 00 11 11
11 11 00 11
11 11 11 00
00 WaWa
0,00,0YY
YY
J, K
0,10,1
11 WbWb
0,00,0YY
YY
1,01,0
A.S.E.A.S.E. 21.21.2323
Individuazioni delle equazioniIndividuazioni delle equazioni
• Costruzione delle Mappe di KarnaughCostruzione delle Mappe di Karnaugh
0,0,
000,0,
111,1,
111,1,
00
00 00 00 11 11
11 11 00 00 11
J,K
Wp
Wn
WpKWpJWn
JJ KK WpWp WnWn QQ
00 00 00 00 00
00 00 11 11 11
00 11 00 00 00
00 11 11 00 00
11 00 00 11 11
11 00 11 11 11
11 11 00 11 11
11 11 11 00 00
A.S.E.A.S.E. 21.21.2424
SchemaSchema
D Q
CkCkCk
JJQQ
WpKWpJWn
KK
A.S.E.A.S.E. 21.21.2525
Flip - Flop T Flip - Flop T (TOGLE)(TOGLE)
• Tabella di VeritàTabella di Verità Schema Schema logicologico
CkCk TT QQ
00 XX QQ
11 XX QQ
XX QQ
00 QQ
11 QQ
T Q
Ck
A.S.E.A.S.E. 21.21.2626
Diagramma di flussoDiagramma di flusso
00 WaWa
00YY
T
11 WbWb
00YY
A.S.E.A.S.E. 21.21.2727
Tabella delle transizioniTabella delle transizioni
TT WpWp WnWn
00 00 00
00 11 11
11 00 11
11 11 00
00 WaWa
00YY
T
11 WbWb
00YY
A.S.E.A.S.E. 21.21.2828
Individuazioni delle equazioniIndividuazioni delle equazioni
• Costruzione delle Mappe di KarnaughCostruzione delle Mappe di Karnaugh
00 11
00 00 11
11 11 00
T
Wp
Wn
WpTWpTWn
TT WpWp WnWn QQ
00 00 00 00
00 11 11 11
11 00 11 11
11 11 00 00
A.S.E.A.S.E. 21.21.2929
SchemaSchema
D Q
CkCkCk
TT
WpTWpTWn
A.S.E.A.S.E. 21.21.3030
Riconoscitore di sequenzaRiconoscitore di sequenza
• Y attiva per la sequenza “0101”Y attiva per la sequenza “0101”• Valido anche per sequenze interallaciateValido anche per sequenze interallaciate
• 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0
• Riconoscitore di sequenzaRiconoscitore di sequenza
A.S.E.A.S.E. 21.21.3131
Diagramma di flussoDiagramma di flusso
0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0
aa 0000
0101bb
00
11
YY
11
00
YY
cc 1111
dd 1010
Z,WZ,W
YY YY
YY
A.S.E.A.S.E. 21.21.3232
Tabella delle transizioniTabella delle transizioni
XX ZpZp WpWp ZnZn WnWn
00 00 00 00 11
00 00 11 00 11
00 11 00 00 11
00 11 11 11 00
11 00 00 00 00
11 00 11 11 11
11 11 00 11 11
11 11 11 00 00
aa 0000
0101bb
YY
00
11
YY
11
00
YY
cc 1111
dd 1010
Z,WZ,W
A.S.E.A.S.E. 21.21.3333
Individuazioni delle equazioniIndividuazioni delle equazioni
XX ZpZp WWpp
ZnZn WnWn YY
00 00 00 00 11 00
00 00 11 00 11 00
00 11 00 00 11 00
00 11 11 11 00 00
11 00 00 00 00 00
11 00 11 11 11 00
11 11 00 11 11 11
11 11 11 00 00 00
0000
0011
1111
1100
00 11
11 11 11
XX
Zp,WpZp,WpZnZn
0000
0011
1111
1100
00 11 11 11
11 11 11
XX
Zp,WpZp,WpWnWn
0000
0011
1111
1100
00
11 11
XX
Zp,WpZp,WpYY
WPZpXWPZpXWPZpXZn
WPZpWPZpZpXWn XWPZpY
A.S.E.A.S.E. 21.21.3434
SchemaSchema
WPZpXWPZpXWPZpXZn
CLK
D Q
CLK
D Q
CLK
D Q
X
Y
Ck
Z
WXWPZpY
WPZpWPZpZpXWn
Zp
Wp
A.S.E.A.S.E. 21.21.3535
CONCLUSIONICONCLUSIONI
Sintesi di reti sequenziali sincronizzateSintesi di reti sequenziali sincronizzate• Macchina di MealyMacchina di Mealy• Macchina di MooreMacchina di Moore• Macchina di Mealy ritardata Macchina di Mealy ritardata • EsempiEsempi
– Flip – Flop J – KFlip – Flop J – K– Flip – Flop TFlip – Flop T