1 / 30

Mäluga süsteemide disain

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

ganya
Download Presentation

Mäluga süsteemide disain

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Mäluga süsteemide disain • L8. Mäluga süsteemid, abstraktneautomaat • L9. Automaatide realiseerimine. • L10. Automaatide realiseerimine,minimeerimine ja tükeldamine I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  2. 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 Algoritm & realisatsioon I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  3. Protsessor kui digitaalsüsteem The Central Processing Unit – http://courses.cs.vt.edu/~csonline/MachineArchitecture/Lessons/CPU/index.html Java Applet on RT-Level Design – http://www.pld.ttu.ee/applets/rtl/ I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  4. Operatsioonosa & juhtosa • Digitaalsüsteem = operatsioonosa + juhtosa I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  5. Operatsioonosa • 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 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  6. Juhtosa • 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 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  7. Diskreetne aeg • Rangelt järjestatud sündmuste jada (ajamomentide jada) • üksiksündmuse kestus on 0 • sündmuste vaheline ajavahemik pole oluline diskreetne aeg taktsignaal I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  8. Diskreetne 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) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  9. Diskreetne aeg • Taktsignaal (clock) • varasem mitmefaasiline taktsignaal – eri faasid tüürisid eri mäluelemente I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  10. Kombinatoorne & mäluga skeem • Kombinatoorne skeem • Skeemi väljund sõltub ainultskeemi sisendist • Atsüklilise topoloogiaga skeem onkombinatoorne • Tsükliga (tagasisidega) skeemid võivad olla kombinatoorsed • Mäluga skeem • Eksisteerivad mäluelemendid • Asünkroonsetes skeemis võib mäluelement olla mitteilmutatud kujul • Tagasiside on vajalik I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  11. Automaat • Mäluga skeemi erijuht • Sisendid, väljundid ja olekud – lõplikud hulgad • Abstraktne automaat, lõplik automaat • automaton (pl. automata), sequential machine, finite state machine (FSM) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  12. Näide • 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 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  13. ei oska / 3 oskab / 5 hea halb ei oska / 2 oskab / 4 Näide – õppejõud • Õppejõu käitumine eksamil I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  14. Näide – õppejõud • Realisatsioon riistvaras • Efektiivsus sõltub kodeeringust! • Sisend- ja väljundkodeering üldjuhul teada • Olekute kodeerimine oluline • pindala - loogikalülide arv • viide - funktsioonide keerukus • võimsustarve - lülituste arv ajaühikus I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  15. Näide – õppejõud • Realisatsioon #1 • sisend: ei oska - 0, oskab - 1 • väljund: 2 - 0001, 3 - 0010, 4 - 0100, 5 - 1000 • olek: hea -0, halb - 1 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  16. Näide – õppejõud • Realisatsioon #2 • sisend: ei oska - 0, oskab - 1 • väljund: 2 - 00, 3 - 01, 4 - 10, 5 - 11 • olek: hea -1, halb - 0 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  17. Abstraktne automaat • Automaat on viisik (quintuple) - M = (S,I,O,d,l) • S: (sise)olekute hulk (states) • I: sisendite hulk (inputs) • O: väljundite hulk (outputs) • d: siirdefunktsioon (transition) -   d: S  I  S • l: väljundfunktsioon -   l: S  I  O • Hulgad on lõplikud ja (üldjuhul) mittetühjad • hulkade ja funktsioonide erijuhud – automaatide erijuhud • Lähteolek s0 –    M = (S,I,O,d,l,s0) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  18. Automaatide erijuhud • Mealy automaat –    M = ( S, I, O, d, l ) • S,   I,   O,   d:SIS,   l:SIO • Moore automaat –    M = ( S, I, O, d, l ) • S,   I,   O,   d:SIS,   l:SO • väljundfunktsioon ei sõltu sisenditest • Primitiivne automaat –    M = ( S, I, d ) • S,   I,   O= (OS),   d:SIS,   l • olek on väljundiks • Generaator –    M = ( S, O, d, l ) • S,   I=,   O,   d:SS,   l:SO • sisendid puuduvad I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  19. Automaatide erijuhud • Loogikafunktsioon –    M = ( I, O, l ) • S=,   I,   O,   d=,   l:IO • siseolek puudub • Mikroprogramm automaat • M = (S,I,O,d,l) • S, I={0,1}L, O={0,1}M,  d:SIS,  l:SIO • kahendkodeeritud sisendid ja väljundid • Praktiline realisatsioon • Puhverdatud sisendid • Puhverdatud väljundid • ainult Moore automaat! I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  20. Esitusviisid • Tabel • veerud: sisend (it), jooksev olek (st), väljund (ot), uus olek (st+1) • read: siire jooksvast olekust uude olekusse: it st ot st+1 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  21. ei / 3 jah / 5 hea halb ei / 2 jah / 4 Esitusviisid • Olekudiagramm, olekugraaf (state graph) • ka oleku-siirde-diagramm • sõlmed: olekud • kaared: siirded • Siirdediagramm (transition graph) • sõlmed: siirded • kaared: olekud I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  22. Automaatide 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 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  23. Automaatide 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,d,l) vahel • Homomorfism (sarnasus) • ühene vastavus kahe automaadi komponentide (S,I,O,d,l) vahel ~ “alam-automaat” I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  24. Automaadi struktuur I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  25. Mäluelemendid • 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 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  26. SR-triger (set/reset) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  27. JK-triger • Määramatus võimaldab minimeerida loogikafunktsioone efektiivsemalt • Kaks sisendit -> kaks loogikafunktsiooni I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  28. D-triger (delay) • Kõige enam kasutusel • lihtne sise-ehitus • väike sisendite arv -> vähem loogikafunktsioone I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  29. T-triger • Sobiv loendurites kasutamiseks • Trigerite mudelid – http://www.falstad.com/circuit/ • Circuit -> Sequential Logic -> Flip-Flops -> … I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

  30. C D Q Trigerite 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 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L8

More Related