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6. 順序回路の基礎

6. 順序回路の基礎. 五島 正裕. 組み合わせ回路 と 順序回路. 組み合わせ回路 (combinational circuit) 無記憶 現在の入力 ⇒ 出力 ex) 0101… 0 …0 ⇒ 0 0101… 1 …0 ⇒ 0 順序回路 (sequential circuit) 記憶 入力の履歴 ⇒ 出力 ex) 0101… 0 …0 ⇒ 0 0101… 1 …0 ⇒ 1. 記憶素子 の 原理. 記憶 ループのある回路の安定状態 ループのある回路 安定 不安定（発振）. 1. 0. 不安定（発振）. 安定. 記憶素子の基礎.

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6. 順序回路の基礎

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Presentation Transcript

  1. 6. 順序回路の基礎 五島 正裕

  2. 組み合わせ回路 と 順序回路 • 組み合わせ回路(combinational circuit) • 無記憶 • 現在の入力 ⇒ 出力 • ex) • 0101…0…0 ⇒ 0 • 0101…1…0 ⇒ 0 • 順序回路 (sequential circuit) • 記憶 • 入力の履歴 ⇒ 出力 • ex) • 0101…0…0 ⇒ 0 • 0101…1…0 ⇒ 1

  3. 記憶素子 の 原理 • 記憶 • ループのある回路の安定状態 • ループのある回路 • 安定 • 不安定（発振） 1 0 不安定（発振） 安定

  4. 記憶素子の基礎 • フリップ・フロップ(flip-flop : FF) • 論理ゲートで構成 • 2個の NOT からなるループ • 2つの安定状態 • 1bit を記憶 1 0 0 1

  5. S R -latch 記憶素子の基礎 • SR-ラッチ (Set/Reset-latch) • Sでセット，Rでリセット • ※ 普通は，両方とも ON にはしない s’ s q q’ q’ q r’ r SR-latch

  6. SR-ラッチ の動作 s q r 入力変化 入力変化 入力変化 安定状態 安定状態 状態遷移 状態遷移 状態遷移

  7. SR-ラッチ の動作 s q r 入力変化 入力変化 入力変化 安定状態 安定状態 状態遷移 状態遷移 状態遷移

  8. 非同期式／同期式 順序回路 • 非同期式 (Asynchronous) • 入力の変化 • ⇒ 状態遷移 • 同期式 (synchronous) • クロック (clock) 入力の変化 • ⇒ 状態遷移 time 入力 状態 time clock 入力 状態

  9. 非同期式／同期式 順序回路 x 入力 組み合わせ 回路 出力 入力 組み合わせ 回路 出力 Y y 遅延要素 記憶素子 クロック 非同期式 同期式 y = f (x, Y) y = f (x, y) 記憶素子 ⊂ 非同期式回路

  10. 非同期式／同期式 順序回路 • 非同期式回路 • 設計がより難しい • ex) 入力が同時に2つ変わると，実際上 設計不能 • 本質的に非同期的な部分には不可欠 • 同期式回路 • 設計がより容易 • 「非同期な部分を記憶素子部に閉じ込めた」

  11. 同期式順序回路の例 D clock • 記憶素子： • クロックが「入った」とき， • 入力 ⇒ 出力

  12. ポジティブ・エッジ・トリガ D-FF D Q time clock D Q

  13. ポジティブ・エッジ・トリガ D-FF clock Q Q’ D

  14. ポジティブ・エッジ・トリガ D-FF clock = 0 D Q D Q clock = 1

  15. 入力をサンプリングするタイミング • （狭義の）FF • クロックの立ち上がり（立ち下がり） • エッジ・トリガ型(edge-trigger) • ポジティブ（ネガティブ）エッジ・トリガ • マスタ―スレーブ型(master-slave)

  16. 入力をサンプリングするタイミング • ラッチ (latch) • 常時 • ？？ • SRラッチ • クロックが 1（または 0）の間 • レベル・トリガ型(level-trigger)？ • Dラッチ • 「危険」なので，あまり使わない

  17. D-FF 以外の FF • D-FF 以外の FF • SR-FF (Set/Reset) • Sでセット，Rでリセット • T-FF (Toggle) • T入力が 1のとき，出力反転（トグル） • JK-FF (??) • Jでセット，Kでリセット，両方でトグル • D-FF より高機能 • バラ IC（ex. 74シリーズ）で作ったときは重要だったが… • LSI ではそうでもない

  18. 今日のまとめ

  19. 今日のまとめ • 順序回路 • 入力の履歴 • 同期式順序回路 • 組み合わせ回路 + 記憶素子 • 記憶素子 • エッジ・トリガ D-FF が重要

  20. 今後の予定 • 12/ 8 • 順序回路の簡単化 • 機能的な順序回路 • 12/15 • ?

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