lecture5 tr - hacettepeaykut/classes/fall2012/bbm231/... · Örnek: saatli dizisel devrelerin...

10
12/3/12 1 BBM 231 – Zamanuyumlu dizisel devreler (synchronous sequential logic) Hacettepe Üniversitesi Bilgisayar Müh. Bölümü Ders hakkında Aykut Erdem [email protected] Oda: 111 Tel: 297 7500 / 146 Ofis Saati: Carşamba 15:00-16:00 Textbook: Mano and Ciletti, Digital Design Pearson, 4 th Edition İletişim Ders hakkındaki duyurular ve mesajlaşma için ’yı kullanacağız: https:// www.piazza.com / hacettepe.edu.tr /fall2012/bbm231 Bu derste Dizisel devreler (sequential circuits) Mandallar (latches) İkidurumlular (flip-flops) Dizisel devrelerin analizi Dizisel devrelerin tasarımı 4 Dizisel devreler (sequential circuits) Birleşimsel devreler (combinational circuit), şimdiki çıkışları yalnız şimdiki girişlerine bağdevrelerdir. Dizisel devreler (sequential circuits), şimdiki çıkışları sadece şimdiki girişlerine değil aynı zamanda önceki girişlere de bağlı olan devrelerdir. Bu tür devreler bellek öğeleri barındırırlar. 5 Combinational circuit Memory elements Inputs Outputs Bellek Bir sayıyı bilgisayarda nasıl saklayabiliriz? En basit durum: bir bit’lik bilginin saklanması Bu devre istendiği gibi çalışmaz! Neden? - salınır (oscillates).. 6 Source: Richard Feynman, Lectures on Computa>on A C 1 bit’lik bir belleğin bir kara kutu olarak gösterimi A Önceki C Sınraki C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A: Kontrol girişi A=0 olduğu sürece C’nin değeri aynı kalır Eğer A=1 ise, C’nin değeri 0’dan 1 veya 1’den 0’a değişir

Upload: others

Post on 21-Sep-2019

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

12/3/12  

1  

BBM 231 – Zamanuyumlu dizisel devreler

(synchronous sequential logic)"

Hacettepe Üniversitesi Bilgisayar Müh. Bölümü

Ders hakkında"Aykut Erdem [email protected] Oda: 111 Tel: 297 7500 / 146

Ofis Saati: Carşamba 15:00-16:00

Textbook: Mano and Ciletti, Digital Design Pearson, 4th Edition

İletişim"

•  Ders hakkındaki duyurular ve mesajlaşma için ’yı kullanacağız: https://www.piazza.com/hacettepe.edu.tr/fall2012/bbm231

Bu derste"

•  Dizisel devreler (sequential circuits) •  Mandallar (latches) •  İkidurumlular (flip-flops) •  Dizisel devrelerin analizi •  Dizisel devrelerin tasarımı

4  

Dizisel devreler (sequential circuits)"•  Birleşimsel devreler (combinational circuit), şimdiki çıkışları yalnız şimdiki girişlerine bağlı devrelerdir.

•  Dizisel devreler (sequential circuits), şimdiki çıkışları sadece şimdiki girişlerine değil aynı zamanda önceki girişlere de bağlı olan devrelerdir. – Bu tür devreler bellek öğeleri barındırırlar.

5  

Combinationalcircuit

Memoryelements

Inputs Outputs

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 01 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPV0

Bellek"•  Bir sayıyı bilgisayarda nasıl saklayabiliriz? •  En basit durum: bir bit’lik bilginin saklanması

•  Bu devre istendiği gibi çalışmaz! Neden? - salınır (oscillates)..

6  Source:  Richard  Feynman,  Lectures  on  Computa>on  

A   C  

1  bit’lik  bir  belleğin  bir  kara    kutu  olarak  gösterimi  

A   Önceki  C  

Sınraki  C  

0   0   0  

0   1   1  

1   0   1  

1   1   0  A:  Kontrol  girişi  •  A=0  olduğu  sürece  C’nin  değeri  aynı  kalır  •  Eğer  A=1  ise,  C’nin  değeri  0’dan  1  veya  1’den  0’a  değişir  

12/3/12  

2  

Saatli dizisel devreler"•  Saatli dizisel devrelerin tasarımında AND, OR, NOT,. .

gibi geçitlerin yanı sıra ikidurumlular (flip-flops) diye adlandırılan bellek öğeleri de kullanılır.

•  Bir ikidurumlu tek bitlik bilgiyi saklayabilen bellek ögeleridir.

7  

Combinationalcircuit

Flip-flops

Inputs Outputs

Clock pulses

(a) Block diagram

(b) Timing diagram of clock pulses

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 02 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPW0

Combinationalcircuit

Flip-flops

Inputs Outputs

Clock pulses

(a) Block diagram

(b) Timing diagram of clock pulses

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 02 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPW0

Mandallar (latches)"•  Mandallar (latches) (sinyal seviyesindeki değişim

yerine) sinyal seviyesi ile tetiklenen ve saat kullanmayan bellek öğeleridir.

•  Mandallar ikidurumluların oluşturulmasında kullanılan temel devrelerdir.

•  SR türü mandal (S: Set, R: Reset, Q: Çıktı)

8  

1

0

1

0

R (reset)

S (set)

Q

Q!

(a) Logic diagram (b) Function table

(after S " 1, R " 0)

(after S " 0, R " 1)

1

11

11

1

0

0

0

0000

00000 1

1

Q!QRS

(forbidden)

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 03 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPX0

1

0

1

0

R (reset)

S (set)

Q

Q!

(a) Logic diagram (b) Function table

(after S " 1, R " 0)

(after S " 0, R " 1)

1

11

11

1

0

0

0

0000

00000 1

1

Q!QRS

(forbidden)

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 03 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPX0

Mandallar (latches)"

•  NAND geçitler ile SR türü mandal

•  SR türü mandal olarak da gösterilmektedir. 9  

1

0

1

0

S (set)

R (reset)

Q

Q!

(a) Logic diagram (b) Function table

(after S " 1, R " 0)

(after S " 0, R " 1)

1

00

00

1

1

1

1

1110

11110 0

0

Q!QRS

(forbidden)

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 04 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPY0

1

0

1

0

S (set)

R (reset)

Q

Q!

(a) Logic diagram (b) Function table

(after S " 1, R " 0)

(after S " 0, R " 1)

1

00

00

1

1

1

1

1110

11110 0

0

Q!QRS

(forbidden)

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 04 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPY0

Mandallar (latches)"

•  SR türü mandalın işleyişi mandalın durumunun ne zaman değişeceğini kontrol eden ek bir giriş sinyalı ile ayarlanabilir.

10  

(a) Logic diagram (b) Function table

Q

Q!

S

En

R

Next state of Q

No change

Indeterminate

No changeQ " 0; reset stateQ " 1; set state

SEn R

X X00 00

0

1

1

11

1

111

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 05 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPZ0

(a) Logic diagram (b) Function table

Q

Q!

S

En

R

Next state of Q

No change

Indeterminate

No changeQ " 0; reset stateQ " 1; set state

SEn R

X X00 00

0

1

1

11

1

111

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 05 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLPZ0

Mandallar (latches)"•  D türü mandal (şeffaf (transparent) mandal)

•  D türü mandalda S and R girişlerini aynı anda hiçbir zaman 1 değeri alamamaktadır.

•  Çıkışı, Enable girişi 1 olduğu sürece veri girişindeki değişimleri yansıtmaktadır. 11  

Q

Q!

(a) Logic diagram (b) Function table

D

EnNext state of Q

No changeQ " 0; reset stateQ " 1; set state

X0

0

111

En D

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 06 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQA0

Q

Q!

(a) Logic diagram (b) Function table

D

EnNext state of Q

No changeQ " 0; reset stateQ " 1; set state

X0

0

111

En D

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 06 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQA0

Mandallar (latches)"

•  Mandalların grafik gösterimleri

12  

S

R

SR

S

R

SR

D

En

D

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 07 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQB0

S

R

SR

S

R

SR

D

En

D

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 07 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQB0

S

R

SR

S

R

SR

D

En

D

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 07 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQB0

12/3/12  

3  

İkidurumlular (flip-flops)"•  Bir mandalın durumu En = 1 olduğu zaman

değişmektedir. •  Bir mandalın kontrol girişi (En) bir saat sinyali üreticisine

bağlandığında, durum değişimleri En = 1 olur olmaz başlar.

•  Bir mandalın durumu, saat vuruşu (clock pulse) aktif seviyede kaldığı sürede sürekli değişip durabilir.

•  İkidurumlular (flip-flops), ortak bir saat barındıran dizisel devrelerin düzgün çalışabilmeler için tasarlanmıştır.

13  

(a) Response to positive level

(b) Positive-edge response

(c) Negative-edge response

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 08 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQC0

İkidurumlular (flip-flops)"•  İkidurumlular, mandalların tersine ancak sinyal

seviyesindeki değişimler ile tetiklenebilirler.

•  D türü ikidurumulu (iki D türü mandal ile)

14  

(a) Response to positive level

(b) Positive-edge response

(c) Negative-edge response

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 08 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQC0

(a) Response to positive level

(b) Positive-edge response

(c) Negative-edge response

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 08 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQC0

D QD

En

D

En

D latch(master)

D latch(slave)

Y

Clk

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 09 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQD0

İkidurumlular (flip-flops)"•  D türü pozitif kenarlar ile tetiklenen (positive-

edge-triggered) ikidurumlu (üç SR türü mandal ile)

15  

Q

Q!

S

R

Clk

D

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 10 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQE0

İkidurumlular (flip-flops)"

•  D türü ikidurumluların grafik gösterimleri

16  

D

Clk

(a) Positive-edge

D

Clk

(a) Negative-edge

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 11 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQF0

D

Clk

(a) Positive-edge

D

Clk

(a) Negative-edge

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 11 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQF0

İkidurumlular (flip-flops)"•  JK türü ikidurumlu

17  

D J

K

Clk

J

K

Q

Q!Clk Clk

(a) Circuit diagram (b) Graphic symbol

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 12 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQG0

D J

K

Clk

J

K

Q

Q!Clk Clk

(a) Circuit diagram (b) Graphic symbol

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 12 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQG0

D = JQ’ + K’Q •  J = 1, K = 0 => D = ? •  J = 0, K = 1 => D = ? •  J = K = 1 => D = ? •  J = K = 0 => D = ?

İkidurumlular (flip-flops)"

•  T türü ikidurumlu

18  

J

K

Clk

(a) From JK flip-flop

T

(c) Graphic symbol

T

Clk

(b) From D flip-flop

TD

Clk

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 13 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQH0

J

K

Clk

(a) From JK flip-flop

T

(c) Graphic symbol

T

Clk

(b) From D flip-flop

TD

Clk

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 13 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQH0

J

K

Clk

(a) From JK flip-flop

T

(c) Graphic symbol

T

Clk

(b) From D flip-flop

TD

Clk

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 13 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQH0

D = T ⨁ Q = TQ’ + T’Q

•  T = 0 => D = ? •  T = 1 => D = ?

12/3/12  

4  

İkidurumluların sonraki durum çizelgeleri"

•  İkidurumluların mantıksal özellikleri, işleyişlerini belirten çizelgeler ile ifade edilebilir.

•  Q(t): şimdiki durum (saat kenarı uygulanması öncesindeki)

Q(t +1): sonraki durum (bir saat vuruşu sonrasındaki)

19  

İkidurumluların sonraki durum çizelgeleri"

20  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 01 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0501©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 01 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0501©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 01 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0501

İkidurumluların sonraki durum denklemleri"

•  Sonraki durum çizelgeleri, ilgili denklemler ile de ifade edilebilir:

•  D türü ikidurumlu Q(t +1) = D •  JK türü ikidurumlu Q(t +1) = JQ’ + K’Q •  T türü ikidurumlu Q(t +1) = T ⨁ Q

21  

Zamanuyumsuz (asynchronous) girişlere sahip ikidurumlular"

•  Düşük-düzey zamanuyumsuz reset’e sahip pozitif kenarlar ile tetiklenen D türü bir ikidurumlu

22  

Q

Q!

S

R

Clock

Reset

D

(a) Circuit diagram

D Q

Q!R

Clk

(b) Graphic symbol

Data

Clock

Reset(b) Function table

R Clk D Q Q!

000

X X01

001

110

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 14 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQI0

Q

Q!

S

R

Clock

Reset

D

(a) Circuit diagram

D Q

Q!R

Clk

(b) Graphic symbol

Data

Clock

Reset(b) Function table

R Clk D Q Q!

000

X X01

001

110

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 14 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQI0

Q

Q!

S

R

Clock

Reset

D

(a) Circuit diagram

D Q

Q!R

Clk

(b) Graphic symbol

Data

Clock

Reset(b) Function table

R Clk D Q Q!

000

X X01

001

110

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 14 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQI0

Saatli dizisel devrelerin analizi"•  Saatli bir dizisel devrenin davranışı, giriş, çıkış

ve sahip olduğu ikidurumluların durumlarından belirlenir.

•  Durum denklemi, S(t +1) = f (S(t), x(t)) S(t+1): sonraki durum S(t): şimdiki durum x(t): şimdiki girişler

•  Şimdiki çıktı, y(t) = g(S(t), x(t))

23  

Örnek: Saatli dizisel devrelerin analizi"

24  

D

Clk

x

D

Clk

A

A!

B

B!

y

Clock

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 15 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQJ0

A(t+1) =A(t)x(t)+B(t)x(t) B(t+1)=A’(t)x(t)

y(t)=(A(t)+B(t))x’(t) A(t+1) =Ax+Bx B(t+1)=A’ x

y(t)=(A+B)x’

A(t+1) = B(t+1)=

y(t)=  

12/3/12  

5  

Örnek: Saatli dizisel devrelerin analizi"

25  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 02 Mano/CilettiDigital Design, 4ePage Number:

TB0502

A(t+1) =Ax+Bx B(t+1)=A’x

y(t)=(A+B)x’

Örnek: Saatli dizisel devrelerin analizi"•  m ikidurumlu ve n girişe sahip dizisel bir devre

2m+n sıra barındıran bir çizelge ile ifade edilir. •  Toplam 2n sıralı başka bir çizelge de kullanılabilir.

26  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 03 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0503

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 03 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0503

Durum çizeneği (state diagram)"•  Bir durum çizelgesi grafiksel olarak bir durum

çizeneği (state diagram) ile de gösterilebilir.

27  

01

00 10

11

1/0

1/0

1/0

0/0

1/0 0/10/1

0/1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 16 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQK0

D türü ikidurumlular ile analiz"•  Örnek: DA = A ⨁ x ⨁ y

28  

x

yAD

Clk

Clock

(a) Circuit diagram (b) State table

Presentstate

NextstateInputs

A x y A

00001111

00110011

01010101

01101001

(c) State diagram

00, 11 00, 11

01, 10

01, 10

0 1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 17 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQL0

x

yAD

Clk

Clock

(a) Circuit diagram (b) State table

Presentstate

NextstateInputs

A x y A

00001111

00110011

01010101

01101001

(c) State diagram

00, 11 00, 11

01, 10

01, 10

0 1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 17 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQL0

x

yAD

Clk

Clock

(a) Circuit diagram (b) State table

Presentstate

NextstateInputs

A x y A

00001111

00110011

01010101

01101001

(c) State diagram

00, 11 00, 11

01, 10

01, 10

0 1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 17 a-c Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQL0JK türü ikidurumlular ile analiz"1.  İkidurumlu giriş denklemlerini şimdiki durum

ve giriş değişkenleri cinsinden belirle. 2.  (a) Karşılık gelen ikidurumluların sonraki

durum çizelgesini kullanarak durum çizelgesi için sonraki durum değerlerini belirle, veya

2.  (b) Giriş denklerini ikidurumluların sonraki durum denklemlerine koy ve karşılık gelen durum denklemlerini elde et. Daha sonra durum çizelgesinden sonraki durum değerlerini belirle.

29  

JK türü ikidurumlular ile analiz"

JA = B KA = Bx’

JB = x’ KB = A’x + Ax’ = A ⨁ x 30  

J

K

Clk

J

K

Clk

Clock

A

B

x

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 18 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQM0

12/3/12  

6  

JK türü ikidurumlular ile analiz"

A(t+1) = JA’ + K’A B(t+1) = JB’ + K’B

31  

J

K

Clk

J

K

Clk

Clock

A

B

x

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 18 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQM0

= BA’ + (Bx’)’A = A’B + AB’ + Ax = x’B’ + (A⨁x)’B = B’x’ + ABx + A’Bx’

JK türü ikidurumlular ile analiz"

32  ©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 04 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0504

JK türü ikidurumlular ile analiz"•  Durum çizeneği (state diagram)

33  

00 11

1 1

1

0 00

S0 S3

S2S1

0

1

01 10

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 19 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQN0

T türü ikidurumlular ile analiz"

34  

T

B

Ay

T

ClkR

RClk

x

Clock reset

(a) Circuit diagram (b) State diagram

11/1

00/0 01/0

10/0

00

1 1

1

1

0 0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 20 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQO0

Q(t+1) = T ⨁ Q = T’Q + TQ’ TA = Bx TB = x y = AB A(t+1) = (Bx)’A + (Bx)A’

= AB’ + Ax’ + A’Bx B(t+1) = x ⨁ B

T türü ikidurumlular ile analiz"

35  ©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 05 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0505

T

B

Ay

T

ClkR

RClk

x

Clock reset

(a) Circuit diagram (b) State diagram

11/1

00/0 01/0

10/0

00

1 1

1

1

0 0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 20 ab Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQO0

Mealy ve Moore modelleri"•  Dizisel devreler, sonlu özdevinir modelinin (finite state

machine) iki alt türü ile ifade edilebilir: –  Mealy modelinde çıkış hem şimdiki durum hem de girişin bir

fonksiyonudur. –  Moore modelinde çıkış sadece şimdiki durumun bir

fonksiyonudur.

36  

InputsState

Register

Next State Combinational

Logic

InputsState

RegisterOutputs (Moore-type)

Output Combinational

Logic

Clock

Clock

Moore Machine

Mealy Machine

Next State Combinational

Logic

OutputCombinational

Logic

Outputs (Mealy-type)

(a)

(b)

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 21 a-b Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXU0

InputsState

Register

Next State Combinational

Logic

InputsState

RegisterOutputs (Moore-type)

Output Combinational

Logic

Clock

Clock

Moore Machine

Mealy Machine

Next State Combinational

Logic

OutputCombinational

Logic

Outputs (Mealy-type)

(a)

(b)

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 21 a-b Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXU0

12/3/12  

7  

Mealy ve Moore modelleri"•  Moore modelinde çıkışlar bir saat yardımıyla

eşzamanlanırlar. •  Mealy modelinde çıkışlar eğer girişler saat döngüsü

(clock cycle) boyunca değişebilir. – Bir Meali modeli devreyi eşzamanlamak için girişlerin

saat ile eşzamanlı olması ve çıkışların da daima bir saat kenarından hemen önce örneklenmesi gerekmektedir.

37  

Durum indirgemesi (state reduction)"

•  Eğer iki durum her bir olası giriş için aynı çıkışı veriyor ve devreyi aynı veya eş bir duruma sürüklüyor ise o iki durum eş (equivalent) durumlar olarak adlandırılır.

•  Birbirine eş iki durum varsa, bu durumlardan herhangi biri giriş-çıkış ilişkilerini değiştirmeden çıkartılabilir.

•  Durum sayısının azaltılması niçin önemlidir? – Bir devrenin gerçekleştirilmesi sırasında kullanılması

gereken ikidurumlu sayısında azaltmaya gidilebilir (ancak bu durumda devrenin birleşimsel (combinatorial) kısmı daha karmaşık bir hal alabileceği göz önüne alınmalıdır).

38  

Chapter 5 Synchronous Sequ#ltld bgk

There are an infinite number of input sequences that may be applied to the circuit; each re- sults in a unique output sequence. As an example, consider the input Bequence 010101 101 00 starting from the initial state a. Each input of 0 or 1 produces an wcput of 0 w 1 and causes the circuit to go to the next state. From the state diagram, we d h ~ dme wtgut and state sequence for the given input sequence as follows: W1th the circuit in initial state a, an inpnt of 0 W c e s an output of 0 and the circuit remains in state a. With present state a aod an h p t of 1, the out- put ir 0 and the next state is b. With present state b and an input of 0, the output is 0 and the next state is c. Continuing this procese, we fTnd the complete sequence to be as follows:

state input output

a b c d s f f 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0

In each column, we have the present state, input value, and output value. The next state is writ- ten on top of the next column. It is important to re& that in l h i s circuit the states themselves are of secondary importance, because we are interested only in oup t sequences d by input sequences.

Now kt us assume that we have found a sequential circuit whose state diagram bas fewer than seven states, and suppose we wish to compare this circuit with the circuit whose state di- agram is given by Fig. 5.25. If iderrtical input sequences m applied to the two W t s and iden- tical outputs occur for all input segumces. then the two circuits are said to be equivalent (as far as the input-output is concerned) and one may be replaced by h e 0 t h ~ The problem of stak reduction is to find ways of reduciq the number d states in a sequential circuit without altering the input-output relationships.

We now proceed to reduce the nnmber of states for this example. Fmt. we need the state table; it is more convenient to apply prmdms for state reduction with lhe use of a table rather than a diagram. The state table of the circuit is listed in Table 5.6 and is obtained directly from the state diagram.

The following algorithm for the state reduction of a compMy specdied state table is given here without proof: ''Tho states are said to be equivalent if, for each member of the set of in- puts, they give exactly the same output and send the cjircuit either to the same state or to an

Table 5.6 State Tabk

~ext State OutpR

Werent State x = O x = l x = O x = l

Örnek: Durum indirgemesi"•  Örnek:

39  

a

b c

d eg

f

0/01/1 1/1

1/1

1/1

1/0

1/01/0 0/0

0/0

0/0

0/0

0/0

0/0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 25 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQQ0

Örnek: Durum indirgemesi"•  Örnek:

e ve g durumları birbirine eş! g durumunu çıkar. 40  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 06 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0506

Örnek: Durum indirgemesi"•  Yeni durum çizelgesi:

d ve f durumları birbirine eş! f durumunu çıkar.

41  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 07 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0507

Örnek: Durum indirgemesi"•  İndirgenmiş durum çizelgesi:

•  Artık hiçbir durum birbirine eş değil! Dur.. 42  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 08 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0508

12/3/12  

8  

Örnek: Durum indirgemesi"

43  

a

b c

d eg

f

0/01/1 1/1

1/1

1/1

1/0

1/01/0 0/0

0/0

0/0

0/0

0/0

0/0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 25 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQQ0

a

b ce

d

0/0 1/1 1/0

1/0

1/0

1/1

0/0

0/0 0/0

0/0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 26 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQR0

Durum ataması (state assignment)"•  Durumlara birbirinden farklı ikili değerler ataması •  Toplam m duruma sahip bir devre için kullanılacak

kodlar n bit (2n ≥ m) içermelidir. (2n – m kullanılmayan durum sayısıs)

•  Çeşitli seçenekler: – The resulting combinatorial circuit will be different!

44  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 09 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0509

Örnek: Durum ataması "•  Bir önceki örnek için durum sayısı indirgenmiş

durum çizelgesi için ikili atamalar

45  ©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 10 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0510

a

b ce

d

0/0 1/1 1/0

1/0

1/0

1/1

0/0

0/0 0/0

0/0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 26 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQR0

Dizisel devrelerin tasarımı"•  Verilen tanımdan durum çizeneğini ve durum

çizgesini oluştur. •  Gerekiyorsa durum sayısını azalt. •  İkili kodlanmış (binary coded) durum çizgesini

elde etmek için durumlara ikili sayı değerleri ata. •  Kullanılacak olarak ikidurumluların türünü belirle. •  Basitleştirilmiş ikidurumlu giriş ve çıkış

denklemlerini elde et. •  Devre şemasını çiz.

46  

Örnek: Sekans algılayıcı"•  Üç veya daha fazla ardışık gelen 1’leri içeren bit

dizgilerini algılayan bir devrenin tasarımı •  Devrenin durum

çizeneği:

47  

S0/0 S1/0

S3/1 S2/0

0

0

00

1

1

1

1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 27 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQS0

Örnek: Sekans algılayıcı"•  D türü ikidurumlular kullanarak gerçekleştirme •  Dört farklı durumu ifade etmek için iki D türü

ikidurumlu

48  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 11 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0511

S0/0 S1/0

S3/1 S2/0

0

0

00

1

1

1

1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 27 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQS0

12/3/12  

9  

Örnek: Sekans algılayıcı"

49  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 11 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0511A(t+1) = DA(A, B, x) = Σ(3,5,7) B(t+1) = DB(A, B, x) = Σ(1,5,7) y(A, B, x) = Σ(6,7)

Örnek: Sekans algılayıcı"

50  

0

00 01 11 10

x

B

ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

1 11A

m1 m3 m2

m4

m0

m5 m7 m6

0

00 01 11 10

B

ABx

1

1 1

x

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

B

ABx

1 11A

xDA ! Ax " Bx DB ! Ax " B#x y ! AB

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 28 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXY0

0

00 01 11 10

x

B

ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

1 11A

m1 m3 m2

m4

m0

m5 m7 m6

0

00 01 11 10

B

ABx

1

1 1

x

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

B

ABx

1 11A

xDA ! Ax " Bx DB ! Ax " B#x y ! AB

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 28 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXY0

0

00 01 11 10

x

B

ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

1 11A

m1 m3 m2

m4

m0

m5 m7 m6

0

00 01 11 10

B

ABx

1

1 1

x

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

B

ABx

1 11A

xDA ! Ax " Bx DB ! Ax " B#x y ! AB

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 28 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXY0

Örnek: Sekans algılayıcı"

51  

D

Clkx

A

D

Clk

B

B!

Clock

y

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 29 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQU0

Uyarma gereksinimi çizelgesi (excitation tables)"

•  Devre tasarımında D türü ikidurumlular kullanıldığında, giriş denklemleri doğrudan sonraki durumlardan hesaplanabilir.

•  Ancak JK ve T türü ikidurumlular kullanıldığında bu kolay yol izlenemez. – Bu amaçla durum çizelgesi ve giriş denklemleri

arasındaki fonksiyonel ilişkiyi gösteren ve uyarma gereksinimi çizelgesi (excitation tables) olarak adlandırılan bir çizelge kullanılmalıdır.

52  

Uyarma gereksinimi çizelgesi (excitation tables)"

•  JK ve T tipi ikidurumlular için uyarma gereksinimi çizelgeleri

53  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 12 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0512

JK türü ikidurumlular ile gerçekleştirme"

•  İkidurumlu girişleri, durum çizelgesi ve JK tipi ikidurumlunun uyarma gereksinimi çizelgesinden bulunur.

54  

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 13 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0513

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 12 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0512

12/3/12  

10  

JK türü ikidurumlular ile gerçekleştirme"

55  

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

x

ABx

X X 1

X X 1

B

1A

B

m0 m1 m3 m2

m5 m2 m6m4

0

00 01 11 10

x

ABx

1 X X

1 X X

1A

B

m0 m1 m3 m2

m6m7m5m4

0

00 01 11 10ABx

X X X X

1

x

1A

0

00 01 11 10ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

X X X X

B

xJA ! Bx"

JB ! x KB ! (A ! x)"

KA ! Bx

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 30 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXZ0

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

x

ABx

X X 1

X X 1

B

1A

B

m0 m1 m3 m2

m5 m2 m6m4

0

00 01 11 10

x

ABx

1 X X

1 X X

1A

B

m0 m1 m3 m2

m6m7m5m4

0

00 01 11 10ABx

X X X X

1

x

1A

0

00 01 11 10ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

X X X X

B

xJA ! Bx"

JB ! x KB ! (A ! x)"

KA ! Bx

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 30 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXZ0

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

x

ABx

X X 1

X X 1

B

1A

B

m0 m1 m3 m2

m5 m2 m6m4

0

00 01 11 10

x

ABx

1 X X

1 X X

1A

B

m0 m1 m3 m2

m6m7m5m4

0

00 01 11 10ABx

X X X X

1

x

1A

0

00 01 11 10ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

X X X X

B

xJA ! Bx"

JB ! x KB ! (A ! x)"

KA ! Bx

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 30 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXZ0

1A

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

00 01 11 10

x

ABx

X X 1

X X 1

B

1A

B

m0 m1 m3 m2

m5 m2 m6m4

0

00 01 11 10

x

ABx

1 X X

1 X X

1A

B

m0 m1 m3 m2

m6m7m5m4

0

00 01 11 10ABx

X X X X

1

x

1A

0

00 01 11 10ABx

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

1

X X X X

B

xJA ! Bx"

JB ! x KB ! (A ! x)"

KA ! Bx

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 30 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUXZ0

JK türü ikidurumlular ile gerçekleştirme"

56  

J

K

Clk

Clk

J

K

Clock

xA

A!

B

B!

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 31 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQW0

T türü ikidurumlular ile gerçekleştirme"

•  3 bit’lik ikili sayaç •  Durum çizeneği:

57  

001

010

111

110

101011

000

100

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 32 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQX0

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: Table05 14 Mano/CilettiDigital Design, 4e

TB0514

T türü ikidurumlular ile gerçekleştirme"

•  001’dan 010’a olan değişimi incele

58  

T türü ikidurumlular ile gerçekleştirme"

59  

0

1

00 01 11 10

A0

A1

A2

A1A0

A2

1

1

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

1

00 01 11 10

x

1 1 1 1

1 1 1 1

A1A0A2

A2

A1

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

1

00 01 11 10

1 1

1 1

A1A0

A2

A0

A1

A2

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

TA2 ! A1A0 TA1 ! A0 TA0 ! 1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 33 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUYA0

0

1

00 01 11 10

A0

A1

A2

A1A0

A2

1

1

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

1

00 01 11 10

x

1 1 1 1

1 1 1 1

A1A0A2

A2

A1

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

1

00 01 11 10

1 1

1 1

A1A0

A2

A0

A1

A2

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

TA2 ! A1A0 TA1 ! A0 TA0 ! 1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 33 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUYA0

0

1

00 01 11 10

A0

A1

A2

A1A0

A2

1

1

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

1

00 01 11 10

x

1 1 1 1

1 1 1 1

A1A0A2

A2

A1

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

0

1

00 01 11 10

1 1

1 1

A1A0

A2

A0

A1

A2

m0 m1 m3 m2

m4 m5 m7 m6

TA2 ! A1A0 TA1 ! A0 TA0 ! 1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 33 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AAHFUYA0

ClkT

A2

ClkT

A1

ClkT

A0

Clock

1

©2007 by Prentice Hall, Inc.A Pearson Company

Figure Number: 05 34 Mano/CilettiDigital Design, 4e

AACFLQZ0