Flip-flop e Registri

1. Flip-flope Registri

2. Flip-flop S-R (Set-Reset) o bistabile(macchina asincrona) 1 Tabella verità NOR R 0 Y1 1 A 0 1 B A R =1 S =0 0 0 B 1 Y2 S 1 0 • Se un ingresso è uguale ad 1 • allora l’uscita vale 0 • Se un ingresso è uguale a 0 • allora l’uscita è uguale • al valore dell’altro • ingresso negato 0 R 1 Y1 0 R =0 S =1 1 Y2 0 S 1

3. Bistabile (cont.) il termine bistabile nasce dal fatto che sono “circuiti” con due stati stabili 0 R 0 Y1 1 R =0 S =0 0 Y2 S 1 0 0 R 1 Y1 0 R =0 S =0 1 Y2 0 S 0

4. SR Q 00 01 11 10 0 0 0 x 1 1 1 0 x 1 Equazioni bistabile Q S R Q’ R Q Q S Q’ = S+ RQ • Q’ prossimo stato

5. S R Q’ 0 0 Q 0 1 0 1 0 1 1 1 ? Caratteristiche La configurazione di ingresso S=R=1 non è ammessa, poiché se da questa si passa a S=R=0 sono possibili due configurazioni per l’uscita. La configurazione effettiva non è cioè prevedibile R Q Hold Reset Set Q S Con S=R=0 il bistabile mantiene (hold) lo stato acquisito in precedenza (Q’=Q) Questa rete è cioè in grado di memorizzare una informazione elementare (bit)

6. Fronte di discesa 1 0 Fronte di salita Segnale di sincronizzazione • Un segnale di sincronizzazione è una variabile binaria che viene utilizzata per abilitare la commutazione di un flip-flop (sincronizzato) • L’abilitazione alla commutazione può essere fatta: • all’istante in cui avviene la commutazione della variabile da 0 ad 1 (fronte di salita); • All’istante in cui avviene la commutazione della variabile da 1 a 0 (fronte di discesa) • Nel periodo in cui è stabile ad 1 oppure a 0 (a livello) • nella realtà le transizioni 0->1 e 1->0 non sono istantanee

7. Fronte di discesa 1 0 Fronte di salita Periodo T Segnale di sincronizzazione (cont.) • Alcune volte il segnale di abilitazione per la commutazione può avere un comportamento periodico (periodo T), in questi casi viene chiamato anche clock (CK) • Spesso il segnale di abilitazione per la commutazione viene identificato con CK anche se non ha un comportamento periodico

8. Flip-flop (bistabili) sincronizzati • Sono ottenuti dai bistabili asincroni aggiungendo un segnale di controllo CK • Abilitazione sul livello (Level-triggered), chiamati Latch • L’uscita può cambiare durante tutto il periodo in cui CK=1 o 0. • Abilitazione sul fronte di salita (positive edge triggered) • L’ingresso viene considerato solo quando CK varia da 0 ad 1 e lo stato può cambiare in corrispondenza di tale transizione • Abilitazione sul fronte di discesa (negative edge triggered) • L’ingresso viene considerato solo quando CK varia da 1 a 0 e lo stato può cambiare in corrispondenza di tale transizione • Master-Slave • L’ingresso viene considerato solo quando CK varia da 0 ad 1, mentre l’uscita cambia in corrispondenza della transizione 1->0 • Eventuali cambiamenti dell’ingresso dopo la transizione 0->1 sono ignorati dal circuito

9. Esempio, Latch S-R R Q CK S R Q’ CK Q S R Q CK Q S Quando CK=1 allora si ha il consenso alla transizione

10. Perché abilitare sui fronti? • Sia d il tempo in cui CK=1 e t il tempo di commutazione del FF • Si supponga che d>t • L’uscita può cambiare più volte se l‘ingresso varia e questo in alcuni casi può creare problemi CK S R Q1 Q2 S FF1 FF2 Q1 R t Ritardo di propagazione CK

11. Abilitazione sul fronte Usando FF con abilitazione sul fronte (di salita o di discesa) si campiona il valore delle altre variabili di ingresso in un intervallo più ristretto (teoricamente di ampiezza nulla). CK Q1 Q2 S S R R Q1 CK t Ritardo di propagazione Campionamento sul fronte di salita

12. Flip/flop D (delay)latch • Un solo ingresso più uno di abilitazione • Usato come unità elementare di memorizzazione • Presenta in uscita ciò che è presente in ingresso quando il CK = 1, altrimenti presenta l’ultimo valore di D quando il CK commuta da 1 a 0. CK Q R Q D Q CK CK D S D Q

13. Master-Slave . L’ingresso viene campionato durante il fronte di salita, l’uscita commuta in corrispondenza del fronte di discesa. Master Slave R Q R Q R CK CK CK S Q S Q S

14. Registri Registri • Un registro è un elemento di memoria • in grado di memorizzare un insieme di n bit • composto da un insieme di flip-flop • l’informazione memorizzata in un registro prende il nome di parola bit in ingresso bit in uscita

15. Registri • Modalità di scrittura/lettura dei dati • Parallelo • Seriale • Operazioni sui dati: • Scorrimento a destra • Scorrimento a sinistra • Scorrimento circolare

16. D D D D Q Q Q Q Registro parallelo-parallelo D2 D0 D1 D3 Clock Q0 Q1 Q2 Q3

17. D D D D Q Q Q Q Shift register D Q CLOCK

18. D D D D Q Q Q Q Registro circolare (n=4) D2 D0 D1 D3 Write/Read Scrivi/Scorri Q Clock