Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
6. hét: A sorrendi hálózatok
elemei és tervezése
Sorrendi hálózat
YA
Sorrendi hálózat
Sorrendi hálózat
YA
Sorrendi hálózat
Belső állapot
Sorrendi hálózat
YA
Sorrendi hálózat Y
ASorrendi hálózat
Szekunder változó
Primer változó
Mealy - modell𝑓𝑄𝑛+1 = 𝐴,𝑄 𝑄𝑛+1
Kombinációs hálózat
Memória
Bemenetek Kimenetek
Szekunder változók
A Y
Q Qn+1
𝑓𝑦 = 𝐴,𝑄 𝑌
Szinkron hálózatok
Két fő eleme
Tárolóegység (Memória)
A korábbi bemeneti kombinációkra vonatkozó információ tárolására
Bemeneti kombinációs hálózat
A kimeneti jel előállítása
A tárolandó információ előállítása
A bemeneti kombinációkból és az előzőleg eltárolt információk együtt határozzák meg a
következő ciklusban eltárolandó információt
Fontos különbség az aszinkron sorrendi hálózatokhoz képest
A jelváltozások nem futnak rögtön végig a hálózaton, csak a következő ciklusban
hatnak 6
Kombinációs
hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
Szinkronizáció
Minden változás az órajellel időzítve, azzal szinkronizálva megy végbe, előre pontosan
definiált időpillanatban, az órajel fel- vagy lefutó élének megérkezését követően
7
„1”
„0”
1 Ciklusidőidő
Felfutó él Lefutó él
Szinkron hálózatok
8
Kombinációs
hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
A tároló egység – flip - flop
A tárolóegység, memóriaegység tároló elemekből
épül fel
Feladata: információ tárolás
Egy tároló elem 1 bit információt tárol
Kétállapotú (bistabil) billenő elemek (Flip-Flopok)
Mindaddig megtartják előző állapotukat míg külső
jel ennek megváltoztatására nem kényszeríti
A tároló típusai
SR (Set-Reset) flip-flop
D (Data) flip-flop
T (toggle) flip-flop
JK flip-flop
R-S tároló
.Qn+1
Qn
S
R Qn+1 = FQ(S,R,Qn)
Yn = Qn
R-S tároló
.Qn+1
Qn
S
R Qn+1 = FQ(S,R,Qn)
Yn = Qn
R S Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 XTiltott
1 1 1 X
A R- S Tároló
Készítsünk Set-Reset tárolót
Az S(Set) bemenetre adott „1”-es a kimenetet „1”-
be állítja
Az R(Reset) bemenetre adott „1”-es a kimenetet
„0”-ba állítja
13
.Qn+1
Qn
S
R Qn+1 = FQ(S,R,Qn)
Yn = Qn
R S Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 XTiltott
1 1 1 X
R- S tároló
Állapot gráf
14
0 1
01/1X0/0
10/0
0X/1
R S Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 XTiltott
1 1 1 X
R- S tároló
Vezérlő tábla
Nincs versenyfutás vagy oszcilláció -
aszinkron működés is stabil
Vannak érdektelen (Don’t care állapotok)
Qn+1-re elvégezve az összevonásokat az
egyszerűsített logikai függvény:
Qn
R
S
1
10
0 0
X X
1
R S Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 XTiltott
1 1 1 X
Qn+1
RS tárolóMűködést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
A következő órajel megérkezésekor
Állapot gráf
16
R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 X Tiltott
R S Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 XTiltott
1 1 1 X
0 1
10/1X0/0
01/0
0X/1
Qn
R
S
1
10
0 0
X X
1
RS tároló megvalósítása
A Qn+1-et és Qn+1 -et megvalósító kombinációs hálózat logikai
függvénye
NAND kapus megvalósítása
Külön jelképi jelölés
_
RS tároló megvalósítása
A Qn+1-et és Qn+1 -et megvalósító kombinációs hálózat logikai
függvénye
NAND kapus megvalósítása
Külön jelképi jelölés
_
R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 X Tiltott
RS tároló megvalósítása
A Qn+1-et és Qn+1 -et megvalósító kombinációs hálózat logikai
függvénye
NAND kapus megvalósítása
Külön jelképi jelölés
Az RS tároló ebben a formájában még aszinkron működésű
_
R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 X Tiltott
RS tároló megvalósítása
A Qn+1-et és Qn+1 -et megvalósító kombinációs hálózat logikai
függvénye
NAND kapus megvalósítása
Külön jelképi jelölés
Az RS tároló ebben a formájában még aszinkron működésű
_
R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 X Tiltott
RS tároló megvalósításaAz R és S bemenetek hatása a szinkronjel (órajel)
megérkezésekor érvényesüljön
(Órajel)
C
RS tároló megvalósítása
Statikus vezérlés (Szint vezérlés)
(Órajel)
C
RS tároló megvalósítása
Statikus vezérlés (Szint vezérlés)
A flip-flop csak akkor billen át, ha az órajel „1” értékű
(Órajel)
C
RS tároló megvalósítása
Statikus vezérlés (Szint vezérlés)
A flip-flop csak akkor billen át, ha az órajel „1” értékű
Ez a megoldás nem használható szinkron hálózat építésére – „átlátszó”
(Órajel)
C
RS tároló megvalósítása
Statikus vezérlés (Szint vezérlés)
A flip-flop csak akkor billen át, ha az órajel „1” értékű
Ez a megoldás nem használható szinkron hálózat építésére – „átlátszó”
Az órajel „1” értékénél az esetleges többszöri változás a bemeneten a
kimenetet is többször átbillentheti, és ez tovább is terjed a flip-flopon
keresztül
(Órajel)
C
RS tároló megvalósítása
Statikus vezérlés (Szint vezérlés)
A flip-flop csak akkor billen át, ha az órajel „1” értékű
Ez a megoldás nem használható szinkron hálózat építésére – „átlátszó”
Az órajel „1” értékénél az esetleges többszöri változás a bemeneten a
kimenetet is többször átbillentheti, és ez tovább is terjed a flip-flopon
keresztül
Ez idő alatt az ilyen elemekből felépített hálózat teljes egésze aszinkron módon
viselkedne
(Órajel)
C
RS tároló megvalósítása
Statikus vezérlés (Szint vezérlés)
A flip-flop csak akkor billen át, ha az órajel „1” értékű
Ez a megoldás nem használható szinkron hálózat építésére – „átlátszó”
Az órajel „1” értékénél az esetleges többszöri változás a bemeneten a
kimenetet is többször átbillentheti, és ez tovább is terjed a flip-flopon
keresztül
Ez idő alatt az ilyen elemekből felépített hálózat teljes egésze aszinkron módon
viselkedne
Ez szinkron hálózatban nem megengedhető – egy szinkron jel, egy változás
(Órajel)
C
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
28
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
Nem engedjük folyamatosan az órajel „1” értéke alatt hatni a
bemeneteket
29
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
Nem engedjük folyamatosan az órajel „1” értéke alatt hatni a
bemeneteket
Csak egy rövid időre, amíg a tároló át tud billeni, ez után elvesszük a
beíró (óra) jelet
30
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
Nem engedjük folyamatosan az órajel „1” értéke alatt hatni a
bemeneteket
Csak egy rövid időre, amíg a tároló át tud billeni, ez után elvesszük a
beíró (óra) jelet
Lerövidítjük az órajel „1” értékét
31
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
Nem engedjük folyamatosan az órajel „1” értéke alatt hatni a
bemeneteket
Csak egy rövid időre, amíg a tároló át tud billeni, ez után elvesszük a
beíró (óra) jelet
Lerövidítjük az órajel „1” értékét
Szándékosan hazárdos órajel formáló hálózatot „csinálunk”
32
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
Nem engedjük folyamatosan az órajel „1” értéke alatt hatni a
bemeneteket
Csak egy rövid időre, amíg a tároló át tud billeni, ez után elvesszük a
beíró (óra) jelet
Lerövidítjük az órajel „1” értékét
Szándékosan hazárdos órajel formáló hálózatot „csinálunk”
33
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaÉlvezérlés (Dinamikus vezérlés)
Nem engedjük folyamatosan az órajel „1” értéke alatt hatni a
bemeneteket
Csak egy rövid időre, amíg a tároló át tud billeni, ez után elvesszük a
beíró (óra) jelet
Lerövidítjük az órajel „1” értékét
Szándékosan hazárdos órajel formáló hálózatot „csinálunk”
34
C
tpd
tpd
A
BY
A
B
Y
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás
35C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
36
Master Slave
C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
37
Beíró
kapuk
Átíró
kapukMaster Slave
C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
38
Beíró
kapuk
Átíró
kapukMaster Slave
C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
Az órajel „1” értékénél a beíró kapuk engedélyezik a Master-t, ezalatt a Slave
letiltva
39
Beíró
kapuk
Átíró
kapukMaster Slave
C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
Az órajel „1” értékénél a beíró kapuk engedélyezik a Master-t, ezalatt a Slave letiltva
Az órajel „0” értékénél az átíró kapuk engedélyezik a Slave-et, ezalatt a Master
letiltva
40
Beíró
kapuk
Átíró
kapukMaster Slave
C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
Az órajel „1” értékénél a beíró kapuk engedélyezik a Master-t, ezalatt a Slave letiltva
Az órajel „0” értékénél az átíró kapuk engedélyezik a Slave-et, ezalatt a Master
letiltva
A bemeneten lévő esetleges zavaró tranziensek nem jutnak át a letiltott Slave-en
41
Beíró
kapuk
Átíró
kapukMaster Slave
C
RS tároló megvalósításaMaster – Slave megoldás Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
Az órajel „1” értékénél a beíró kapuk engedélyezik a Master-t, ezalatt a Slave letiltva
Az órajel „0” értékénél az átíró kapuk engedélyezik a Slave-et, ezalatt a Master
letiltva
A bemeneten lévő esetleges zavaró tranziensek nem jutnak át a letiltott Slave-en
Bár aszinkron működésű, de nem átlátszó
42
Beíró
kapuk
Átíró
kapukMaster Slave
C
RS tároló megvalósításaKétfokozatú tároló (Master-Slave flip-flop)
A Master-be írás alatt lehet tranziens
De az átírás előtt már lecseng
Átírás alatt Master kimenete állandó
Beíró kapuk
nyitnak
Átíró kapuk
zárnak
Átíró kapuk
nyitnak
Beíró kapuk
zárnak
Beírás Master-
ba
Átírás Slave-be
Master kimenete
már nem
változhat
„1”
„0”
A tárolóelemek Tároló elemek
Szinkron hálózatokban csak nem átlátszó tároló elemek használhatók
Dinamikus vezérlésű (élvezérelt)
Kétfokozatú (Master-Slave)
Nincsenek instabil állapotok
A legfontosabb alap tároló elemek a bemenetek számában és a bemeneti jel
hatására történő kimeneti jelváltozásban térnek el
RS tároló
JK tároló
T tároló
D tároló
JK Tároló
JK Tároló Kiküszöböli az RS tároló hátrányát
Nincs tiltott bemeneti kombináció K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
_
JK Tároló Kiküszöböli az RS tároló hátrányát
Nincs tiltott bemeneti kombináció
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
K J Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 1Billentés
1 1 1 0
_
JK Tároló Kiküszöböli az RS tároló hátrányát
Nincs tiltott bemeneti kombináció
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
K J Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 1Billentés
1 1 1 0_
JK Tároló Kiküszöböli az RS tároló hátrányát
Nincs tiltott bemeneti kombináció
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
Állapot gráf
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
K J Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 1Billentés
1 1 1 0
0 1
01/1
00/0
10/0
00/1
_
11/1
11/0
10/0 01/1
JK Tároló Kiküszöböli az RS tároló hátrányát
Nincs tiltott bemeneti kombináció
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
Állapot gráf
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
K J Qn Qn+1
0 0 0 0Változatlan
0 0 1 1
0 1 0 1Beírás
0 1 1 1
1 0 0 0Törlés
1 0 1 0
1 1 0 1Billentés
1 1 1 0
0 1
01/1
00/0
10/0
00/1
Qn
KJ
1
10
0 0
1 0
1
_
11/1
11/0
10/0 01/1
JK tároló megvalósítás
Kétfokozatú (Master-Slave) megvalósítás
RS tárolóból külön visszacsatolásokkal
A Master-ba írást az előző állapot is vezérli
A visszacsatoláson keresztül
51
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
C
J
K
Q
Q_
_
T tároló
T tároló Csak egy bemenet
T Qn+1
0 Qn
1 Qn
_
T tároló Csak egy bemenet
T Qn+1
0 Qn
1 Qn
T Qn Qn+1
0 0 0Változatlan
0 1 1
1 0 1Billentés
1 1 0
_
T tároló Csak egy bemenet
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
Állapot gráf
T Qn+1
0 Qn
1 Qn
T Qn Qn+1
0 0 0Változatlan
0 1 1
1 0 1Billentés
1 1 0
0 1
1/1
0/0
1/0
0/1
_
T tároló Csak egy bemenet
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
Állapot gráf
T Qn+1
0 Qn
1 Qn
T Qn Qn+1
0 0 0Változatlan
0 1 1
1 0 1Billentés
1 1 0
0 1
1/1
0/0
1/0
0/1
Qn
T
0
10
0 0
1 0
1
_
T tároló megvalósítása T tároló megvalósítása
JK tárolóval
T Qn+1
0 Qn
1 Qn
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
D tároló
D tároló Csak egy bemenet
Átmeneti információtárolásra
D Qn+1
0 0
1 1
D tároló Csak egy bemenet
Átmeneti információtárolásra
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
D Qn+1
0 0
1 1
D Qn Qn+1
0 0 0Törlés
0 1 0
1 0 1Beírás
1 1 1
0 0
1 0
D tároló Csak egy bemenet
Átmeneti információtárolásra
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
D Qn+1
0 0
1 1
D Qn Qn+1
0 0 0Törlés
0 1 0
1 0 1Beírás
1 1 1
0 1
1/1
0/0
0/0 1/1
D tároló Csak egy bemenet
Átmeneti információtárolásra
Működést leíró táblázat
Az aktuális órajel előtti kimenet Qn
Az aktuális órajel utáni kimenet Qn+1
Állapottábla
Felírható a kimenet logikai függvénye
D Qn+1
0 0
1 1
D Qn Qn+1
0 0 0Törlés
0 1 0
1 0 1Beírás
1 1 1
0 1
1/1
0/0
Qn
D
1
00
0 0
1 0
1
0/0 1/1
D tároló megvalósítása
JK tárolóval
D Qn+1
0 0
1 1
K J Qn+1
0 0 Qn
0 1 1
1 0 0
1 1 Qn
Alapállapotba állításA berendezések bekapcsolásakor biztosítani kell a stabil,
ismert alapállapot
64C
J
K
Q
Q_
Preset
Clear
Alapállapotba állításA berendezések bekapcsolásakor biztosítani kell a stabil,
ismert alapállapot
Általában aszinkron bemenetek
A tároló kiindulási állapota lehet „0” vagy „1”
65C
J
K
Q
Q_
Preset
Clear
Alapállapotba állításA berendezések bekapcsolásakor biztosítani kell a stabil,
ismert alapállapot
Általában aszinkron bemenetek
A tároló kiindulási állapota lehet „0” vagy „1”
1) Clear (Reset) bemenet - A tároló törlése, „0”-ába állítása
2) Preset (Set) bemenet - A tároló beállítása, „1”-be állítása
66C
J
K
Q
Q_
Preset
Clear
Szinkron sorrendi hálózat működése
A szinkron sorrendi hálózat állapotai
Minden tároló elem két állapotot vehet fel: „0” vagy „1”
Ha n tárolóelem van, a teljes hálózatnak 2n állapota lehet
Működés közben ezek közül nem feltétlenül valósul meg mindegyik
(tiltott állapotok)
Egyik állapotból a másikba csak egy újabb órajel hatására kerülhet a
rendszer
A bemeneti jelek és a tároló elemek tartalma együttesen határozzák
meg a következő (Qn+1) állapotot
A tároló elemek az előző órajel hatására létrejött belső (Qn) állapotot
tárolják
Kombinációs
hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
Szinkron sorrendi hálózat működése
A szinkron sorrendi hálózat állapotai
Minden tároló elem két állapotot vehet fel: „0” vagy „1”
Kombinációs
hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
Szinkron sorrendi hálózat működése
A szinkron sorrendi hálózat állapotai
Minden tároló elem két állapotot vehet fel: „0” vagy „1”
Ha n tárolóelem van, a teljes hálózatnak 2n állapota lehet
Működés közben ezek közül nem feltétlenül valósul meg mindegyik
(tiltott állapotok)
Kombinációs
hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
Szinkron sorrendi hálózat működése
A szinkron sorrendi hálózat állapotai
Minden tároló elem két állapotot vehet fel: „0” vagy „1”
Ha n tárolóelem van, a teljes hálózatnak 2n állapota lehet
Működés közben ezek közül nem feltétlenül valósul meg mindegyik
(tiltott állapotok)
Egyik állapotból a másikba csak egy újabb órajel hatására kerülhet a
rendszer
A bemeneti jelek és a tároló elemek tartalma együttesen határozzák
meg a következő (Qn+1) állapotot
A tároló elemek az előző órajel hatására létrejött belső (Qn) állapotot
tárolják
Kombinációs
hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
A hálózat működése – kapcsolási rajz
Két tároló elem (T tárolók)
Bemeneti és kimeneti kombinációs hálózat
Sorrendi hálózatoknál a tároló elemek és visszacsatolások nehezítik a
megértést
Még ennél a viszonylag egyszerű hálózatnál is
Bonyolultabb esetben átláthatatlanná válhat a kapcsolási rajz
Az összeköttetéseket gyakran összekötő vonalak helyett azonos
elnevezéssel helyettesítik
Q1
Q1
A hálózat működése – Állapotgráf
Szemléletes, könnyen áttekinthető
Két (belső) szekunder változó
Négy lehetséges állapot
A lehetséges állapotokat a
tároló elemek kimeneti jelével
kódoljuk
Q2Q1 = 00, 01, 10, 11
Egyik sem tiltott
Ha X = 1 állapotváltozás
következik be
00 010/0 0/0
Q2
Q1
Q2 Q1
10 0/0110/1
1/0
1/1
1/0 1/0
X Y
Az állapot gráfból könnyen felírható
Q2n Q1
n X Q2n+1 Q1
n+1 Y
0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0
0 1 0 0 1 0
0 1 1 1 0 0
1 0 0 1 0 0
1 0 1 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 0 0 1
00 010/0 0/0
10 0/0110/1
1/0
1/1
1/0 1/0
A hálózat működése – Állapottáblázat
Egy sorrendi hálózat elvi működése két logikai függvénnyel írható le
Állapotegyenlet (szekunder változók függvénye)
Kimeneti függvény (függő változók függvénye)
Annyi állapotegyenlet ahány szekunder változó (ahány tároló elem)
Annyi kimeneti egyenlet, ahány kimenet
A hálózat tényleges felépítésére nem ad információt
JK, T vagy D tárolóval, NAND, NOR … ?
Q2n Q1
n X Q2n+1 Q1
n+1 Y
0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0
0 1 0 0 1 0
0 1 1 1 0 0
1 0 0 1 0 0
1 0 1 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 0 0 1
XQ2
nQ1n
1
00
1 1
1 0
0
Q2n+1
XQ2
nQ1n
0
10
0 1
1 0
1
Q1n+1
A hálózat működése – Állapotegyenletek
Qn+1 = FQ(Xn,Qn)
Yn = FY(Xn,Qn)
A hálózat működése – VHDL VHDL (VHSIC Hardware Description Language)
VHSIC : very-high-speed integrated circuits
Hardver leíró nyelv
Logikai áramkörök egyszerű szöveges leírására fejlesztették ki (USA
1987)
A logikai áramkörökre jellemző párhuzamosság kezelésére, leírására
Konkurens
Szekvenciális utasítások
Logikai hálózatok
Modellezésére
Szimulációjára (testbench)
Szintetizálására (hardver megvalósítás)
IEEE szabvány
IEEE Std 1076-1987
IEEE Std 1076-1993
A programozási nyelvekhez hasonló felépítés
Automatizálható feldolgozás (text)
Integrált áramkörök gyártásánál
Programozható logikai áramkörök (CPLD, FPGA) fejlsztéséhez
A hálózat működése – VHDL Szinkron sorrendi hálózat működése
VHDLHasznált könyvtárak
(hasonló: #include)Be- kimenetek
definíciója
(portok)
Belső jelek,
konstansok stb..
definíciója,
inicializálása
Működést leíró
utasítások
in0
in1
inBus outBu
s
out0
out1
clk
logic
A hálózat működése – VHDLsignal a : STD_LOGIC;
signal b : STD_LOGIC;
signal c : STD_LOGIC;
signal d : STD_LOGIC;
…
…
begin
a <= ’0’;
b <= ’1’;
c <= a and b;
d <= c or b when a = ’1’ else
a nor b when a = ’0’;
…
…
end Behavioral
• Konkurens utasítások
– Az utasítások egyszerre hajtódnak végre, a leírás sorrendjétől
függetlenül
– Általában kombinációs hálózatot ír le
b
a c
d
A hálózat működése – VHDL• Értékadás
signal d : STD_LOGIC;
signal q : STD_LOGIC;
signal qn : STD_LOGIC;
signal reset : STD_LOGIC;
signal clk : STD_LOGIC;
…
begin
…
qn <= not q;
process
begin
if (reset = ’1’) then
q <= ’0’;
elsif (clk`event and clk = ’1’) then
q <= d;
end if;
end process;
…
end Behavioral;
• Szekvenciális utasítások
– A leírás sorrendjében hajtódnak végre
– Szekvenciális hálózatot lehet leírni
Példa
T tárolók és ÉS –VAGY kombinációs hálózat
segítségével tervezze meg és rajzolja fel
egy 3 bites szinkron számláló MEALY -
MODELL szerinti logikai kapcsolási rajzát,
amely a következő sorrendben számlál: 0, 1,
2, 3, 5 . Ezután ismétlődik. A belső
állapotokat Q0, Q1, Q2, a tároló bemeneteket
pedig T0, T1, T2 szimbólumokkal jelölje.
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0
1
2
3
4
5
6
7
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0 x x x
5 1 0 1
6 1 1 0 x x x
7 1 1 1 x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0
2 0 1 0 0 1 1
3 0 1 1 1 0 1
4 1 0 0 x x x
5 1 0 1 0 0 0
6 1 1 0 x x x
7 1 1 1 x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0
2 0 1 0 0 1 1
3 0 1 1 1 0 1
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0
1 0 0 1 0 1 0 0
2 0 1 0 0 1 1 0
3 0 1 1 1 0 1 1
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 0 0 1 1 0 0 1
3 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 0 0 1 1 0 0 1
3 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 0 0 1 1 0 0 1
3 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 0 0 1 1 0 0 1
3 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
T0
Q1
1 1 1
Q2 x 1 x x
Q0
T0
Q1
1 1 1
Q2 x 1 x x
Q0
𝑇0 = 𝑄0 + 𝑄1
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T2 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 0 0 1 1 0 0 1
3 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
T1
Q1
1 1
Q2 x x x
Q0
T1
Q1
1 1
Q2 x x x
Q0
𝑇1 = 𝑄2𝑄0
Állapottábla
i n n+1 T Tárolók
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 T0 T1 T0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 0 1 1
2 0 1 0 0 1 1 0 0 1
3 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4 1 0 0 x x x x x x
5 1 0 1 0 0 0 1 0 1
6 1 1 0 x x x x x x
7 1 1 1 x x x x x x
0,1,2,3,5
T2
Q1
1
Q2 x 1 x x
Q0
T2
Q1
1
Q2 x 1 x x
Q0
𝑇2 = 𝑄2 + 𝑄1𝑄0