Technika Cyfrowa 1. Wykład 7 Cyfrowe bloki funkcjonalne IV CYFROWE BLOKI FUNKCJONALNE

Transkrypt

1 IV YFROW LOI FUNONLN Technika yfrowa Wykład yfrowe bloki funkcjonalne dr inż. arosław Sugier IIR, pok. - UŁY ONWRSI OÓW. ody od = sposób reprezentacji sygnału cyfrowego za pomocą grupy sygnałów binarnych: sygnał cyfrowy wektor bitowy Gdzie np. sygnał cyfrowy: znaki..z, a..z,..9, znaki specjalne, interpunkcyjne i inne => tzw. kody alfanumeryczne; cyfry..9 => tzw. kody dwójkowo-dziesiętne; wartość całkowita z pewnego przedziału, np. < 8,+>; liczba z częścią ułamkową; inne lasyfikacje kodów n - długość słowa kodowego (liczbitów wektora) - pojemność kodu (liczba wszystkich występujących słów w kodzie) ody zupełne i niezupełne = n kod zupełny < n kod niezupełny ody systematyczne (np. naturalny kod binarny) i niesystematyczne (np. alfanumeryczne) ody wagowe: każda pozycja w słowie kodowym (bit) ma określoną i niezmienną wartość - tzw. wagę. Np. -bitowy naturalny kod binarny (N): n = = 8 = M kod zupełny W a g i -.. ody dwójkowo-dziesiętne ak zakodować binarnie cyfry...9? = n =... Najpopularniejsze (n = ): Naturalny (8) ikena () (*) () lus (+, excess, S) niewagowy! ody o stałej liczbie jedynek: k z n W słowie n bitowym dokładnie k bitów jest równych eśli k = kod z n, zwany też kodem pierścieniowym lub prostym. la kodów pierścieniowych = n. Np. kod z :.. od pseudopierścieniowy (ohnsona) Systematyczny, ale niewagowy. = n. Np. kod b ( = 8): -.. od Gray a Zupełny kod niewagowy, w którym każde dwa kolejne słowa kodowe (także pierwsze i ostatnie) różnią się między sobą dokładnie jednym bitem. n = n = n =.. Inne kody etekcyjne i korekcyjne: dodany nadmiar umożliwia wykrycie lub wykrycie i korekcję określonej klasy błędów. Np. dodawanie bitu parzystości lfanumeryczne, np. kod SII (-bitowy); w komputerach stosowany 8-bitowy tzw. kod SII rozszerzony (extended SII), znaki o kodach powyżej bywają różne. ody kompresji danych... -

2 . Układy konwersji kodów od W UŁ OMINYNY od WY odstawowa klasyfikacja: nkoder (lub oder): kod W jest kodem prostym ( z n ). ekoder: kod WY jest kodem prostym ( z n ). Transkoder: żaden z kodów W ani WY nie jest z n. nkoder priorytetowy: jeśli na W zamiast kodu z n pojawi się więcej niż jedna jedynka, ustalona ranga priorytetów W decyduje która z nich określa odpowiedź układu (np. najstarsza). ekoder pełny: kod W jest zupełny (czyli m = n, gdzie n = liczba W, m = liczby WY). - Np. układ scalony TTL 8 9 ekoder niepełny. - dekoder kodu ekodery N ekodery na 8 ng. k-to-n decoders (-to-, -to-8 etc.) ekodery na LS MS m m LS MS m m m = m = m m = postać kanoniczna m = m m m m m = WY aktywne m = m = m m m m (c) realizacja uproszczona LS MS m m = (c) m -9 postać kanoniczna regularna struktura na W bramkach iloczynu (+ negacje zmiennych W) - ekoder na - struktura matrycowa: ekoder na z sygnałem nable m m m m MS -to- k k k k m m8 m m m9 m m m m m m m l l -to- l l LS - -

3 askadowe łączenie dekoderów NOT + x na na 8 x na na z nable I I I I O O O O O O O O. Multipleksery i demultipleksery Multiplekser: układ kombinacyjny umożliwiający wybór i przesłanie na swoje wyjście sygnału z jednego z n W informacyjnych; numer W określany jest stanem W adresowych (sterujących). Zwykle numer W podawany jest w N jako liczba m bitowa; n = m. emultiplekser: układ kombinacyjny umożliwiający wybór i przesłanie sygnału ze swojego wejścia na jedno z n WY; numer WY określany jest stanem W adresowych (sterujących) j.w. I O O8 rzykład: multipleksowany (przełączany, komutowany) układ transmisji danych: I O O9 I O O O O W WY O O O O O O O O Numer W Numer WY - Multiplesker Linia przesyłowa emultiplesker - Idea realizacji: dekoder N bramkujący W informacyjne. Np. układy czterokanałowe (n =, m = ):. Realizacje funkcji boolowskich na układach konwersji kodów.. Wykorzystanie multiplekserów Realizacja funkcji n zmiennych na multiplekserze m kanałowym podanie na jego wejścia funkcji n m zmiennych. rzykłady (multipleksery -kanałowe, W adresowe): ekoder ekoder a) n m = f(, ) f(, ) f(, ) f(, ) f(a, b) a b (a implikuje b) - - b) n m = f(,, c) f(,, c) f(,, c) f(,, c) c /c c) n m > przykładowy przypadek szczególny: f (a, b, c, d) = Σ(,,,,, ) c d f f(a, b, c) ab c f /b /c /b a d c /c f (a, b, c, d) f (a, b, c) -.. Wykorzystanie dekoderów. ostać kanoniczna sumy iloczynów (jedynki funkcji) Np.: f (,, ) = Σ(,,,, ) f(, f (,,, ) ) f f(,,, ) ) -8

4 . ostać kanoniczna iloczynu sum (zera funkcji) f (,, ) = Π(,, ) f f(, (,,, ) ) f(, f (,,, ) ) RSTRY Najogólniej: Rejestr n-bitowy = grupa n przerzutników o wspólnych sygnałach sterujących, służąca do przechowywania (pamiętania) n wartości binarnych. Sposób wprowadzania / wyprowadzania informacji: a) szeregowy (serial): W WY b) równoległy (parallel): L W odsumowanie edna uniwersalna struktura + zmieniana dla konkretnej funkcji sieć połączeń W (multiplekser) lub WY (dekoder) rzydatność w architekturze programowalnych układów logicznych. -9 lasyfikacja: IO (arallel In arallel Out) ISO (arallel In Serial Out) SIO (Serial In arallel Out) SISO (Serial In Serial Out) WY -. Rejestry równoległe. Rejestry przesuwne Np. -bitowy rejestr IO = bufor -bitowy: edno i dwukierunkowe. Zwykle kaskada przerzutników typu z różnymi konfiguracjami połączeń. Np. b rejestr jednokierunkowy: W równoległe Serial In Serial Out przerzutniki o wspólnym W zegarowym. W zależności od rodzaju przerzutników może to być bufor typu zatrzask ( latch ) lub rejestr synchroniczny. Ładowanie zawartości zboczem narastającym lub opadającym. - lk /lear aktywne poziomem wysokim, lear poziomem niskim. rzed każdym zapisem () wymagane wyzerowanie rejestru (lear). WY równoległe - Układ wpisu równoległego bez konieczności uprzedniego kasowania: LIZNII Układy sekwencyjne, służące do zliczania i zapamiętywania liczby impulsów. W równoległe utomaty o W synchronizującym lk, którego impulsy podlegają zliczaniu (plus inne W sterujące, np. zerujące, bramkujące W itp.), i o sygnale wyjściowym Y = (a więc automat Moore a). Serial In Serial Out Liczba stanów automatu pojemność licznika = N. la liczników w N najczęściej N = n, n = liczba WY licznika. lk eśli w grafie występuje przejście q N- q licznik modulo N. eśli nie licznik do N oraz osobny sygnał zerujący. eśli w grafie występują przejścia zwrotne pomiędzy sąsiednimi stanami licznik rewersyjny (dodatkowe sygnały sterujące); jeśli nie licznik jednokierunkowy (zliczający w przód / wstecz). odstawowy podział: liczniki asynchroniczne ( prostsze) i synchroniczne ( szybsze). - -

5 . Liczniki asynchroniczne (szeregowe) odstawowa komórka liczników asynchronicznych: tzw. dwójka licząca - na przerzutniku typu T, lub : -bitowy asynchroniczny licznik N (modulo 8) = kaskada trzech dwójek liczących: lk T lk lk lk lk lk wójka licząca = dzielnik częstotliwości przez przełączany zboczem opadającym. Naturalny element konstrukcji liczników w N. - odstawowa wada liczników asynchronicznych: propagująca się kaskadowo lawina przełączeń przerzutników przy przejściu np. ze stanu do : lk τ τ τ t Rzeczywista sekwencja stanów: τ = czas przełączania się przerzutnika -. Liczniki synchroniczne Zliczane impulsy podawane równolegle na wejścia synchronizujące wszystkich przerzutników - nie ma kaskadowego przełączania się kolejnych przerzutników! odatkowe układy logiczne tzw. generacji przeniesienia. Warunek przełączania się bitu k : T k =... k- = lk Zaleta liczników synchronicznych: mniejsze opóźnienia, szybsze przełączanie się, większa częstotliwość pracy. O częstotliwości pracy decyduje szybkość układu generacji przeniesienia; na rysunku powyżej pokazana jest konfiguracja tzw. przeniesienia równoległego (szybsza, ale na wielowejściowych bramkach N): T k =... k- lternatywa - konfiguracja szeregowa (bramki tylko dwuwejściowe, ale wolniejsza): T k = T k- k-, T =. lk lk Zliczanie wstecz lk Rewersyjny licznik asynchroniczny (idea): Gate Up / own Up lk own Liczniki asynchroniczne przełączanie bitu k zboczem narastającym k-. Liczniki synchroniczne warunek przełączania się bitu k : T k = / /... / k- = (generacja równoległa) lub T k = T k- / k- = (generacja szeregowa) rzełączanie bitu wciąż opadającym zboczem zegara problemy z kaskadowym łączeniem liczników, sygnał lk nie może być traktowany jako - bit słowa licznika. -9 Rewersyjny licznik synchroniczny (idea; szeregowa generacja przeniesienia): Up / own lk -

6 UŁY RYTMTYZN. Sumatory rawie wszystkie obliczenia matematyczne dają się sprowadzić do działań arytmetycznych, te zaś dają się sprowadzić do dodawania. odstawowy podział: a) szeregowe (był przykład syntezy abstrakcyjnej automatu) układy sekwencyjne; b) równoległe układy kombinacyjne. lementy sumatora równoległego półsumator oraz sumator pełny: / S S S = = ompletny kaskadowy -bitowy sumator równoległy: i i i Si Si = i i i- i- i = i i + i i + i i i i i- i Si / S S S S - - Generacja przeniesienia w sumatorach kaskadowych Szybkość propagacji przeniesienia w kaskadzie decyduje o szybkości pracy całego sumatora. Na rysunku powyżej, przy czysto szeregowej propagacji przeniesienia pomiędzy poszczególnymi stopniami, całkowity czas sumowania jest wprost proporcjonalny do długości sumowanych słów. by zwiększyć maksymalną częstotliwość pracy sumatora konstruuje się specjalne szybkie układy generacji przeniesień, w których szeregowa propagacja jest eliminowana. ażdy bit tzw. stopień sumatora znajduje się w jednym z trzech stanów: a) generacji przeniesienia zerowego ( i = ), b) generacji przeniesienia jedynkowego ( i = ), c) propagacji przeniesienia ( i = i- ). -