a.s.e.21.1 architettura dei sistemi elettronici lezione n° 21 registri siso, sipo, piso,...

A.S.E.A.S.E. 21.21.11

ARCHITETTURA DEI SISTEMI ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICIELETTRONICILEZIONE N° 21LEZIONE N° 21

• RegistriRegistri SISO, SIPO, PISO, PIPOSISO, SIPO, PISO, PIPOSintesi di reti sequenziali sincroneSintesi di reti sequenziali sincrone

• Macchina di MEALYMacchina di MEALY• Macchina di MOOREMacchina di MOORE• Tabella delle transizioniTabella delle transizioni• Numerazione degli statiNumerazione degli stati• Sintesi delle reti combinatorieSintesi delle reti combinatorie• EsempioEsempio

A.S.E.A.S.E. 21.21.22

RichiamiRichiami

• Reti sequenzialiReti sequenziali

• Concetto di memoriaConcetto di memoria

• Anelli di reazioneAnelli di reazione

• F-F D F-F D

A.S.E.A.S.E. 21.21.33

Registro a scorrimento (shift Registro a scorrimento (shift register)register)

• Serial In Serial Out (SISO)Serial In Serial Out (SISO)

In

Ck

Out

D Q

Ck

D Q

Ck

D Q

Ck

D Q

Ck

Ck

In

Out

0 1 2 3 4

t

A.S.E.A.S.E. 21.21.44

Registro a scorrimento 2Registro a scorrimento 2• Serial In Parallel Out (SIPO)Serial In Parallel Out (SIPO)

In

Ck

Out

D Q Ck

D Q Ck

D Q Ck

D Q Ck

Q0

Ck

In

Out

0 1 2 3 4

t

Q3

Q2

Q1

Q0

Q3 Q2 Q1

1 1 0 1

1

1

0

1

A.S.E.A.S.E. 21.21.55

Registro a scorrimento 3Registro a scorrimento 3

• Parallel In Serial Out (PISO)Parallel In Serial Out (PISO)

Clear

Out

Load

PrD Q

Ck Cl

PrD Q

Ck Cl

PrD Q

Ck Cl

PrD Q

Ck Cl

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.66

Registro a scorrimento 4Registro a scorrimento 4

• Parallel In Parallel Out (PIPO)Parallel In Parallel Out (PIPO)

Clear

Out

Load

PrD Q

Ck Cl

PrD Q

Ck Cl

PrD Q

Ck Cl

PrD Q

Ck Cl

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.77

Registro di sincronizzazioneRegistro di sincronizzazione

• PIPO Ver. 2PIPO Ver. 2

In

Ck

D Q

Ck

D Q

Ck

D Q

Ck

D Q

Ck

Q3 Q2 Q1 Q0

A.S.E.A.S.E. 21.21.88

Macchina di MEALY 1Macchina di MEALY 1

• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Memoria

A.S.E.A.S.E. 21.21.99

Macchina di MOORE 1Macchina di MOORE 1• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,

sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR

CN1

X1

Xn

z1

zWs1

sks’k

s’1a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zk

CN2

Memoria

A.S.E.A.S.E. 21.21.1010

InstabilitàInstabilità

• Segnale di CLOCKSegnale di CLOCK

• La memoria cambia le proprie usciti in La memoria cambia le proprie usciti in corrispondenza del fronte di discesa corrispondenza del fronte di discesa (salita) del CLOCK(salita) del CLOCK

T

V

A.S.E.A.S.E. 21.21.1111

Macchina di MEALY 2Macchina di MEALY 2

• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.1212

Macchina di MOORE 2Macchina di MOORE 2• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,

sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR

CN1

X1

Xn

z1

zWs1

sks’k

s’1a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zk

CN2

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.1313

Tabella delle transizioniTabella delle transizioni• Si riportanoSi riportano

– Valore degli ingressiValore degli ingressi– Variabili di stato di partenza (Stato presente)Variabili di stato di partenza (Stato presente)– Variabili di stato di arrivoVariabili di stato di arrivo (Nuovo stato)(Nuovo stato)

XX11 …… XXnn SpSp11 …… SpSpnn SnSn

11

…….. SnSn

nn

00 00 00 00 00 00 00 11 00

00 00 00 00 00 11 00 11 11

.... .... .... .... .... .... .... .... ....

00 00 00 11 11 11 11 00 11

00 00 11 00 00 00 11 11 11

00 00 11 00 00 11 00 11 00

.... .... .... .... .... .... .... .... ....

11 11 11 11 11 11 00 11 11

R

R’X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.1414

Rete sequenziale sincronizzataRete sequenziale sincronizzata

Per il corretto funzionamento è necessario che Per il corretto funzionamento è necessario che siano rispettati i tempi Tsiano rispettati i tempi Tsetupsetup e T e Tholdhold del registro del registro

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.1515

TemporizzazioneTemporizzazione

• Condizioni sugli ingressi Condizioni sugli ingressi

Ck

X

Sp

Sn

Z

t

Tp

Th

Tp

ThTsTx Tcs

Tcz

A.S.E.A.S.E. 21.21.1616

GlossarioGlossario

• ThTh = = TTholdhold (tempo di mantenimento dopo il (tempo di mantenimento dopo il campionamento)campionamento)

• TsTs == TTsetupsetup (tempo di stabilizzazione prima del (tempo di stabilizzazione prima del campionamento)campionamento)

• TpTp == TTpropagation propagation (tempo di propagazione del dato nel (tempo di propagazione del dato nel Flip –Flop D)Flip –Flop D)

• TxTx == TTinputinput (tempo durante il quale gli ingressi (tempo durante il quale gli ingressi possono possono variare)variare)

• TcsTcs == TTcalc-scalc-s (Tempo di calcolo delle variabili di stato) (Tempo di calcolo delle variabili di stato)

• TczTcz == TTcalc-zcalc-z (Tempo di calcolo delle variabili d’uscita) (Tempo di calcolo delle variabili d’uscita)

A.S.E.A.S.E. 21.21.1717

OsservazioniOsservazioni

• In questa macchina il tempo di calcolo In questa macchina il tempo di calcolo delle variabili di stato limita delle variabili di stato limita pesantemente l’intervallo di tempo pesantemente l’intervallo di tempo durante il quale gli ingressi possono durante il quale gli ingressi possono essere instabiliessere instabili

• Per garantire la sincronizzazione degli Per garantire la sincronizzazione degli ingressi si può mettere una barriera di F-ingressi si può mettere una barriera di F-F D (un Registro) subito dopo i terminali F D (un Registro) subito dopo i terminali d’ingressod’ingresso

A.S.E.A.S.E. 21.21.1818

Macchina di MealyMacchina di Mealy

• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.1919

OsservazioniOsservazioni

• Le uscite sono asincroneLe uscite sono asincrone• È pericoloso usare più reti fra loro È pericoloso usare più reti fra loro

connesseconnesse• si può ottenere una macchina asincrona “nascosta”si può ottenere una macchina asincrona “nascosta”

A.S.E.A.S.E. 21.21.2020

Macchina di MOOREMacchina di MOORE• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,

sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR

CN1

X1

Xn

z1

zWs1

sks’k

s’1a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zk

CN2

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.2121

OsservazioniOsservazioni

• Le uscite sono sincroneLe uscite sono sincrone• È possibile usare più reti fra loro connesse È possibile usare più reti fra loro connesse

senza il pericolo di creare anelli di senza il pericolo di creare anelli di reazione che possono dare luogo a reti reazione che possono dare luogo a reti sequenziali asincronesequenziali asincrone

• Le condizioni da rispettare sui vari tempi Le condizioni da rispettare sui vari tempi di assestamento risultano meno stringentidi assestamento risultano meno stringenti

• Le uscite vengono presentate in ritardo rispetto alla Le uscite vengono presentate in ritardo rispetto alla macchina di Mealy (tempo d’attese per la macchina di Mealy (tempo d’attese per la sincronizzazione)sincronizzazione)

A.S.E.A.S.E. 21.21.2222

Macchina di Mealy RitardataMacchina di Mealy Ritardata

• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi, ma risultano stato e degli ingressi, ma risultano sincronizzatesincronizzate

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.2323

OsservazioniOsservazioni

• Le uscite sono sincroneLe uscite sono sincrone• È possibile usare più reti fra loro connesse È possibile usare più reti fra loro connesse

senza il pericolo di creare anelli di reazione senza il pericolo di creare anelli di reazione che possono dare luogo a reti sequenziali che possono dare luogo a reti sequenziali asincroneasincrone

• Le condizioni da rispettare sui vari tempi di Le condizioni da rispettare sui vari tempi di assestamento risultano meno stringentiassestamento risultano meno stringenti

• La macchina di Mealy ritardata è una La macchina di Mealy ritardata è una macchina di Moore in senso strettomacchina di Moore in senso stretto

• Può richiedere meno stati interni della Può richiedere meno stati interni della macchina di Mooremacchina di Moore

A.S.E.A.S.E. 21.21.2424

Flip - Flop J – KFlip - Flop J – K

• Tabella di VeritàTabella di Verità Schema Schema logicologico

QQ

QQ

CkCk JJ KK QQ

00 XX XX QQ

11 XX XX QQ

XX XX QQ

00 00 QQ

00 11 00

11 00 11

11 11 QQ

J Q Ck QK

A.S.E.A.S.E. 21.21.2525

Diagramma di flussoDiagramma di flusso

00 WaWa

0,00,0YY

YY

J, K

0,10,1

QQ

11 WbWb

0,00,0YY

YY1,01,0

CkCk JJ KK QQ

00 XX XX QQ

11 XX XX QQ

XX XX QQ

00 00 QQ

00 11 00

11 00 11

11 11 QQ

A.S.E.A.S.E. 21.21.2626

Tabella delle transizioniTabella delle transizioni

JJ KK WpWp WnWn

00 00 00 00

00 00 11 11

00 11 00 00

00 11 11 00

11 00 00 11

11 00 11 11

11 11 00 11

11 11 11 00

00 WaWa

0,00,0YY

YY

J, K

0,10,1

QQ

11 WbWb

0,00,0YY

YY

1,01,0

A.S.E.A.S.E. 21.21.2727

Individuazioni delle equazioniIndividuazioni delle equazioni

• Costruzione delle Mappe di KarnaughCostruzione delle Mappe di Karnaugh

0,0,

000,0,

111,1,

111,1,

00

00 00 00 11 11

11 11 00 00 11

J,K

Wp

Wn

KJWpKWpJWn

JJ KK WpWp WnWn QQ

00 00 00 00 00

00 00 11 11 11

00 11 00 00 00

00 11 11 00 00

11 00 00 11 11

11 00 11 11 11

11 11 00 11 11

11 11 11 00 00

A.S.E.A.S.E. 21.21.2828

SchemaSchema

D Q

CkCkCk

JJQQ

KJWpKWpJWn

KK

A.S.E.A.S.E. 21.21.2929

Flip - Flop T Flip - Flop T (TOGLE)(TOGLE)

• Tabella di VeritàTabella di Verità Schema Schema logicologico

CkCk TT QQ

00 XX QQ

11 XX QQ

XX QQ

00 QQ

11 QQ

T Q

Ck

A.S.E.A.S.E. 21.21.3030

Diagramma di flussoDiagramma di flusso

00 WaWa

00YY

T

QQ

11 WbWb

00YY

A.S.E.A.S.E. 21.21.3131

Tabella delle transizioniTabella delle transizioni

TT WpWp WnWn

00 00 00

00 11 11

11 00 11

11 11 00

00 WaWa

00YY

T

QQ

11 WbWb

00YY

A.S.E.A.S.E. 21.21.3232

Individuazioni delle equazioniIndividuazioni delle equazioni

• Costruzione delle Mappe di KarnaughCostruzione delle Mappe di Karnaugh

00 11

00 00 11

11 11 00

T

Wp

Wn

WpTWpTWn

TT WpWp WnWn QQ

00 00 00 00

00 11 11 11

11 00 11 11

11 11 00 00

A.S.E.A.S.E. 21.21.3333

SchemaSchema

D Q

CkCkCk

TT

QQ

WpTWpTWn

A.S.E.A.S.E. 21.21.3434

Riconoscitore di sequenzaRiconoscitore di sequenza

• Y attiva per la sequenza “0101”Y attiva per la sequenza “0101”• Valido anche per sequenze interallaciateValido anche per sequenze interallaciate

• 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0

• Riconoscitore di sequenzaRiconoscitore di sequenza

A.S.E.A.S.E. 21.21.3535

Diagramma di flussoDiagramma di flusso

0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0

aa 0000

0101bb

00

11

YY

11

00

YY

cc 1111

dd 1010

Z,WZ,W

YY YY

YY

A.S.E.A.S.E. 21.21.3636

Tabella delle transizioniTabella delle transizioni

XX ZpZp WpWp ZnZn WnWn

00 00 00 00 11

00 00 11 00 11

00 11 00 00 11

00 11 11 11 00

11 00 00 00 00

11 00 11 11 11

11 11 00 11 11

11 11 11 00 00

aa 0000

0101bb

YY

00

11

YY

11

00

YY

cc 1111

dd 1010

Z,WZ,W

A.S.E.A.S.E. 21.21.3737

Individuazioni delle equazioniIndividuazioni delle equazioni

XX ZpZp WWpp

ZnZn WnWn YY

00 00 00 00 11 00

00 00 11 00 11 00

00 11 00 00 11 00

00 11 11 11 00 00

11 00 00 00 00 00

11 00 11 11 11 00

11 11 00 11 11 11

11 11 11 00 00 00

0000

0011

1111

1100

00 11

11 11 11

XX

Zp,WpZp,WpZnZn

0000

0011

1111

1100

00 11 11 11

11 11 11

XX

Zp,WpZp,WpWnWn

0000

0011

1111

1100

00

11 11

XX

Zp,WpZp,WpYY

WPZpXWPZpXWPZpXZn

WPZpWPZpZpXWn XWPZpY

A.S.E.A.S.E. 21.21.3838

CONCLUSIONICONCLUSIONI

• RegistriRegistri SISO, SIPO, PISO, PIPOSISO, SIPO, PISO, PIPO

Sintesi di reti sequenziali sincronizzateSintesi di reti sequenziali sincronizzate• Macchina di MealyMacchina di Mealy• Macchina di MooreMacchina di Moore• Macchina di Mealy ritardata Macchina di Mealy ritardata • EsempiEsempi

– Flip – Flop J – KFlip – Flop J – K– Flip – Flop TFlip – Flop T