Upload
ganya
View
57
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Mäluga süsteemide disain. L8. Mäluga süsteemid, abstraktne automaat L9. Automaatide realiseerimine. L10. Automaatide realiseerimine , minimeerimine ja tükeldamine. Neli kahend-sisendit ja -väljundit nt. 4 lülitit (S1-S4) ja 4 valgusdioodi (L1-L4) Sisendite muutumine muudab väljundeid - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Mäluga Mäluga süsteemide disainsüsteemide disain
L12. Mäluga süsteemid, abstraktneL12. Mäluga süsteemid, abstraktne automaatautomaat L13. Automaatide realiseerimine. L14. Automaatide realiseerimine, minimeerimine ja tükeldamine
2I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Algoritm & realisatsioonAlgoritm & realisatsioon
Neli kahend-sisendit ja -väljundit nt. 4 lülitit (S1-S4) ja
4 valgusdioodi (L1-L4) Sisendite muutumine
muudab väljundeid kui S1=1 & S2=0, siis
L1←1, muidu L1←0 kui S1=0 & S3↑, siis
V++ (V[1]≡L2, V[0]≡L3) kui S1=1 & S2=1 & S4↓,
siis L4← ┐L4
Võimalik programm
int s3p=0, s4p=0, v=0; l4=0;while (1) { if (s1&!s2) l1=1; else l1=0; if (!s1&((s3^s3p)&s3)) v++; if (v>3) v=0; l2=v/2; l3=v%2; if (s1&s2&((s4^s4p)&!s4)) l4~=l4; s3p=s3; s4p=s4; wait_100ms();}
Protsessor e. täitur muutujate salvestamine
registrid operatsioonide täitmine
kombinatoorsed funktsioonid operatsioonide järjestamine
juhtosa
3I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Protsessor kui digitaalsüsteemProtsessor kui digitaalsüsteem
The Central Processing Unit – http://courses.cs.vt.edu/~csonline/MachineArchitecture/Lessons/CPU/index.html
4I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Operatsioonosa Operatsioonosa && juhtosa juhtosa
Digitaalsüsteem = operatsioonosa + juhtosa
5I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
OperatsioonosaOperatsioonosa
Operatsioonosa (operatsioonautomaat) andmete töötlus (arvutamine) –
operatsioonid (loogikafunktsioonid) andmete salvestamine (mälu) –
registrid (mäluelemendid) taktsignaal
operatsioonid: registri väljund –> registri sisend register: salvestab tulemusi
• frondil – flip-flop, master-slave / meister-sell• aktiivsel nivool – latch / lukk-register
6I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
JuhtosaJuhtosa
J.F. Wakerly “Digital Design: Principles and Practices” – 7.3-7.7
Juhtosa (juhtautomaat) operatsioonide järjestamine tingimuslik järjestamine
(eelmiste) operatsioonide tulemused välised tingimused (sisendsignaalid)
Algoritm operatsioonide järjestus mikroprogramm
7I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Diskreetne aegDiskreetne aeg
Rangelt järjestatud sündmuste jada (ajamomentide jada) üksiksündmuse kestus on 0 sündmuste vaheline ajavahemik pole oluline
diskreetne aeg taktsignaal
8I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Diskreetne aegDiskreetne aeg
Taktsignaal (clock) reaalne diskreetse aja esitusviis üksiksündmus == taktsignaali front
tõusev või langev front – ühefaasiline taktsignaal (single phased clock)
tõusev ja langev front – kahefaasiline taktsignaal (double phased clock)
9I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Diskreetne aegDiskreetne aeg
Taktsignaal (clock) varasem mitmefaasiline taktsignaal –
eri faasid tüürisid eri mäluelemente
10I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Kombinatoorne Kombinatoorne & mäluga & mäluga skeemskeem
Kombinatoorne skeem Skeemi väljund sõltub ainult skeemi sisendist Atsüklilise topoloogiaga skeem on kombinatoorne Tsükliga (tagasisidega) skeemid
võivad olla kombinatoorsed
Mäluga skeem Eksisteerivad mäluelemendid Asünkroonsetes skeemis võib
mäluelement olla mitteilmutatud kujul Tagasiside on vajalik
11I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
AutomaatAutomaat
Mäluga skeemi erijuht
Sisendid, väljundid ja olekud – lõplikud hulgad
Abstraktne automaat, lõplik automaat automaton (pl. automata),
sequential machine, finite state machine (FSM)
12I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
NäideNäide
Õppejõu käitumine eksamil kui õppejõud on heas tujus ja tudeng oskab,
siis tudeng saab 5 ning õppejõu hea tuju säilub kui õppejõud on heas tujus ja tudeng ei oska,
siis tudeng saab 3 ning õppejõu tuju läheb halvaks kui õppejõud on halvas tujus ja tudeng ei oska,
siis tudeng saab 2 ning õppejõu halb tuju säilub kui õppejõud on halvas tujus ja tudeng oskab,
siis tudeng saab 4 ning õppejõu tuju läheb heaks
13I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Näide – õppejõudNäide – õppejõud
Õppejõu käitumine eksamil
sisend olek väljund uus olek
tudeng õppejõud hinne õppejõud
oskab hea tuju 5 hea tuju
ei oska hea tuju 3 halb tuju
ei oska halb tuju 2 halb tuju
oskab halb tuju 4 hea tuju
hea halb
oskab / 5
oskab / 4ei oska / 2
ei oska / 3
14I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Näide – õppejõudNäide – õppejõud
Realisatsioon riistvaras Efektiivsus sõltub kodeeringust!
Sisend- ja väljundkodeering üldjuhul teada Olekute kodeerimine oluline
pindala – loogikalülide arv viide – funktsioonide keerukus võimsustarve – lülituste arv ajaühikus
15I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Näide – õppejõudNäide – õppejõud
Realisatsioon #1 sisend: ei oska - 0, oskab - 1 väljund: 2 - 0001, 3 - 0010, 4 - 0100, 5 - 1000 olek: hea - 0, halb - 1
16I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Näide – õppejõudNäide – õppejõud
Realisatsioon #2 sisend: ei oska - 0, oskab - 1 väljund: 2 - 00, 3 - 01, 4 - 10, 5 - 11 olek: hea -1, halb - 0
17I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Abstraktne automaatAbstraktne automaat
Automaat on viisik (quintuple) – M = (S,I,O,,) S: (sise)olekute hulk (states) I: sisendite hulk (inputs) O: väljundite hulk (outputs) : siirdefunktsioon (transition) – : S I S : väljundfunktsioon – : S I O
Hulgad on lõplikud ja (üldjuhul) mittetühjad hulkade ja funktsioonide erijuhud –
automaatide erijuhud
Lähteolek s0 – M = (S,I,O,,,s0)
18I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Automaatide erijuhudAutomaatide erijuhud
Mealy automaat – M = ( S, I, O, , ) S, I, O, :SIS, :SIO
Moore automaat – M = ( S, I, O, , ) S, I, O, :SIS, :SO väljundfunktsioon ei sõltu sisenditest
Primitiivne automaat – M = ( S, I, ) S, I, O= (OS), :SIS, olek on väljundiks
Generaator – M = ( S, O, , ) S, I=, O, :SS, :SO sisendid puuduvad
19I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Automaatide erijuhudAutomaatide erijuhud
Loogikafunktsioon – M = ( I, O, ) S=, I, O, =, :IO siseolek puudub
Mikroprogramm automaat M = (S,I,O,,) S, I={0,1}L, O={0,1}M, :SIS, :SIO kahendkodeeritud sisendid ja väljundid
Praktiline realisatsioon Puhverdatud sisendid Puhverdatud väljundid
ainult Moore automaat!
20I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
EsitusviisidEsitusviisid
Tabel veerud:
sisend (it), jooksev olek (st), väljund (ot), uus olek (st+1)
read: siire jooksvast olekust uude olekusse: it st ot st+1
it st ot st+1
jah hea 5 hea
ei hea 3 halb
ei halb 2 halb
jah halb 4 hea
21I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
EsitusviisidEsitusviisid
Olekudiagramm, olekugraaf (state graph) ka oleku-siirde-diagramm sõlmed: olekud kaared: siirded
Siirdediagramm (transition graph) sõlmed: siirded kaared: olekud
hea halb
jah / 5
jah / 4ei / 2
ei / 3
22I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Automaatide omadusiAutomaatide omadusi
Osaliselt määratud automaadid leidub olekuid, kus siire pole
mingi sisendi puhul määratud lihtsustatud kirjapilt – vaikimisi jääb nt. samasse olekusse määramatus tuleneb väliskeskkonna iseärasustes –
mitte-eksisteerivad sisendkombinatsioonid kahendkodeeritud olekud –
osa kombinatsioone on kasutamata automaadi minimeerimisel vabamad käed –
osaliselt määratud loogikafunktsioonid
23I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Automaatide omadusiAutomaatide omadusi
Mittedeterministlikud automaadid leidub olekute ja sisendite kombinatsioone, mille
puhul on määratud rohkem kui üks järgmine olek kompaktne meetod kirjeldamiseks, kui leidub rohkem kui
üks legaalne reaktsioon mingile sisendkombinatsioonile (jadale)
matemaatilised mudelid
Isomorfism (identsus) üksühene vastavus kahe automaadi komponentide
(S,I,O,,) vahel Homomorfism (sarnasus)
ühene vastavus kahe automaadi komponentide (S,I,O,,) vahel ~ “alam-automaat”
24I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Automaadi struktuurAutomaadi struktuur
25I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
MäluelemendidMäluelemendid
Salvestavad olekukoodi Register
kahendvektori salvestamiseks sama tüüpi mäluelemendid
Mäluelementide tüübid funktsionaalsus – SR-, JK-, D- ja T-trigerid takteerimine
asünkroone – takt puudub latch (lukk-register) – läbipaistev kui takt on aktiivne flip-flop - väljundis muutus ainult taktsignaali frondi korral
• master-slave (meister-sell) – kaks järjestikust latch’i• frondile reageerivad trigerid – spetsiaalne sise-ehitus
26I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
SR-triger (set/reset)SR-triger (set/reset)
27I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
JK-trigerJK-triger
Määramatus võimaldab minimeerida loogikafunktsioone efektiivsemalt
Kaks sisendit –> kaks loogikafunktsiooni
28I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
D-triger (delay)D-triger (delay)
Kõige enam kasutusel lihtne sise-ehitus väike sisendite arv –> vähem loogikafunktsioone
29I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
T-trigerT-triger
Sobiv loendurites kasutamiseks
Trigerite mudelid – http://www.falstad.com/circuit/ Circuit –> Sequential Logic –> Flip-Flops –> …
30I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L12© Peeter Ellervee
Trigerite ajalised parameetridTrigerite ajalised parameetrid
Sisemised ahelad erinevate viidetega seadeaeg (setup time) – nõutav valmisoleku aeg hoideaeg (hold time) – nõutav stabiilsuse aeg nõuete rikkumise korral metastabiilsuse oht
Metastabiilsus registri vahepealne olek määramata pingenivood
võivad jääda loogikanivoode vahele oluline voolutarbe kasv
• võib viia skeemi riknemiseni
C
D
Q