Capitolo 4 Logica sequenziale

1. Capitolo 4Logica sequenziale

2. Reti sequenziali • l’uscita è funzione degli ingressi e dello stato

3. - Allo stato iniziale sia: S, R = 0 Z = 1, A = 0 • all’istante t, R commuta a 1 e istantaneamente Z’ = 0 • fino all’istante t+τ, Z’ ≠ Z (stato instabile) • all’istante t+τ, Z commuta a 0 e istantaneamente A’ = 0 • fino all’istante t+2τ, la rete è ancora instabile • dall’istante t+2τ, per S=0, R=1, la rete si mantiene stabile (Z = 0, A = 1)

4. y rappresenta lo stato presente, Y rappresenta lo stato futuro • la condizione di stato instabile corrisponde a Y ≠ y • con S, R = 0, l’uscita Z conserva memoria dell’ultimo ingresso con valore 1 • si conviene chela condizione S=1, R=1 non si presenti per evitare che, tornando entrambi gli ingressi a zero, lo stato finale sia impredicibile

5. Flip-flop Il Latch di NOR , costituisce un elemento binario di memoria detto flip-flop Set-Reset (asincrono) _ Y = S + R y con vincolo SR = 0

6. Modello generale Vettori delle variabili di ingresso X = (x1, x2,…, xn) di uscita Z = (z1, z2,…, zn) di stato presente y = (y1, y2,…, yn) di stato futuro Y= (Y1, Y2,…, Yn)

7. Analogamente si definiscono gli alfabeti: di uscita O = (O1, O2,…, OM) con M = 2m di stato S = (S1, S2,…, SL) con L = 2l Si definisce macchina sequenziale la quintupla: M = (I, O, S, f, g) con le due funzioni f : S x I  O g : S x I  S Se l’alfabeto di stato è finito, la macchina ha una memoria finita: per questo si parla di automi a stato finiti.

8. Il modello in cui l’uscita è funzione di S e di I, è detto modello di Mealy. Quando la relazione è del tipo f : S  O, si parla di modello di Moore. La rete viene detta asincrona, perché reagisce immediatamente alle variazioni di ingresso, portandosi nello stato (futuro) previsto dalla funzione di transizione di stato. E’ necessario che l’ingresso si mantenga stabile fino a che la macchina non raggiunga uno stato stabile. Non è permessa la variazione contemporanea di più ingressi, onde evitare corse critiche.

9. Rappresentazione delle funzioni di stato e di uscita

11. Reti sequenziali sincrone

12. Flip-flop SR sincrono _ y(n+1) = S + R y(n) _ y’ = S + R y

13. Flip-flop JK _ _ y’ = y J + y K

14. Flip-flop D y’ = D

15. Flip-flop T _ _ y’ = T y + T y

16. Modello di rete sequenziale sincrona

17. Flip-flop Master-Slave ΔFFe ΔC tempi di commutazione del flip-flop e della rete combinatoria RC Possibile instabilità determinata dall’effetto di y sulla RC, che può modificare la coppia (S,R) durante Δ1

18. Eliminazione dell’ instabilità tramite la configurazione master-slave di due flip-flop SR in cascata Quando il clock è attivo alto (1) il f.f. master può commutare, mentre lo slave ha gli ingressi a zero e quindi non può cambiare stato. Quando il clock è attivo basso (0) il f.f. slave si porta allo stato raggiunto dal master, mentre il f.f. master non può più commutare.

19. Δ1scelto in modo da essere maggiore al tempo di commutazione del più lento dei master; Δ2 scelto in modo da garantire la commutazione della parte combinatoria. L’ingresso primario I deve cambiare entro Δ2

20. Flip-flop a commutazione sul fronte Clock = 1  c=0, d=0 Clock = 0 : se D = 1  c=1, d=0 se D = 0  c=0, d=1

21. Il tempo di discesa (o salita, se il FF commuta sul fronte di salita) non deve essere superiore al limite massimo indicato dal costruttore A cavallo del fronte di commutazione (set-up time + hold time) l’ingresso deve restare stabile

22. Ingressi asincroni dei flip-flop

24. Modello Mealy e modello Moore _ _ y’ = x y z = y

25. _ _ z = x y _ _ y’ = x y

27. Progetto di reti sequenziali • Tracciatura del diagramma di stato e della tabella di flusso • Minimizzazione del numero di stati • Codifica degli stati attraverso variabili booleane • Determinazione delle funzioni di eccitazione dei FF • Determinazione della parte combinatoria restante

30. Registri • Registro: elementi di memoria binaria (flip-flop) sincronizzati con un unico clock • se Rin è disasserito, l’ingresso ai FF è 00 e il registro si mantiene nello stato precedente, • se Rin è asserito, lo stato di ogni FF diventa quello corrispondente all’ingresso INi, sul primo fronte attivo del clock • Rout ha la funzione di Output Enable

31. Si assume la convenzione che i registri commutino sul fronte di discesa del clock

32. Caricamento asincrono Registri a scorrimento e ad anello

33. Contatori

34. Contatori sincroni

35. Contatori asincroni

36. Trasferimento dell’informazione

37. Struttura a bus

38. Struttura a bus

39. Tempificazione

40. τg : tempo richiesto dalla logica CNTRL per generare i segnali RSout e RDin • τl : tempo impiegato dal segnale RDout per propagarsi fino a RS • τout : tempo richiesto per il passaggio in conduzione di RS • τB : tempo di trasmissione del dato da RS a RD • τS : tempo di set-up dei FF del registro RD • τH : tempo di hold del registro RD