Rechnerarchitektur. Zustand Anzeige Untergeschoss U Erdgeschoss E 1. Stock 1

Transkript

1 Prof. Dr. K. Wüst WS 2006/2007 FH Gießen Friedberg, FB MNI Studiengang Informatik Rechnerarchitektur 1. Hausübung, WS 2006/2007 Aufg.1: Entwurf einer Zustandsanzeige für einen Aufzug An der Einstiegsstelle eines Aufzuges soll eine Sieben-Segment-Anzeige eingesetzt werden um anzuzeigen, in welcher Etage der Aufzug sich momentan befindet. Es gibt drei Geschosse: Untergeschoss, Erdgeschoss und 1. Stock, der Aufzug befindet sich immer in einem dieser Geschosse. Außerdem gibt es einen Halt-Zustand für Wartung oder Reparatur, in dem der Aufzug gesperrt ist. Die folgende Tabelle zeigt die möglichen Zustände und die jeweils dazu gehörende Anzeige: Zustand Anzeige Untergeschoss U Erdgeschoss E 1. Stock 1 Halt H Das einzige Bedienelement ist eine Taste Anforderung, die gedrückt wird um den Aufzug anzufordern. Außerdem gibt es eine Anzeigelampe mit der Aufschrift kommt ; diese soll leuchten, wenn der Aufzug kommt. Diese Lampe geht also an, wenn die Anforderungstaste gedrückt wurde. Wenn der Aufzug gekommen ist und die Tür sich öffnet, geht die kommt -Lampe wieder aus. Im Halt-Zustand erfolgt keine Reaktion auf die Anforderungstaste. In der folgenden Tabelle sind alle Signalnamen zusammengestellt, im oberen Teil die Eingangssignale, im unteren Teil die Ausgangssignale: Eingangs-Signal Funktion U Aufzug ist im Untergeschoss wenn U=1; sonst U=0 E Aufzug ist im Erdgeschoss wenn E=1; sonst E=0 O Aufzug ist im 1. Stock (Obergeschoss) wenn O=1; sonst O=0 A Anforderungstaste A=0 wenn gedrückt; A=1 wenn nicht gedrückt T T=1 während die Tür sich öffnet, nachdem Etage erreicht; sonst T=0 H Aufzug ist im Halt-Zustand (gesperrt) wenn H=1; im normalen Betrieb ist H=0 Ausgangs-Signal Funktion a, b, c, d, e, f, g Segmente der Sieben-Segment-Anzeige; Segment leuchtet, wenn Signal=1 K Schild kommt leuchtet auf, wenn K=1 R Rufsignal an die zentrale Steuerung; R=1 wenn Aufzug kommen soll, kurzer Impuls genügt

2 1.Hausübung Rechnerarchitektur - Prof. Dr. K. Wüst 2 Konstruieren Sie eine digitale Steuerung, die alle Signale richtig verarbeitet. Geben Sie auch eine Wahrheitstabelle an. Erlaubte Bauelemente sind alle Grundgatter, auch mit mehreren Eingängen, sowie D-Flipflops und SR-Flipflops. Die Zuordnung der Signale bei der Sieben- Segmentanzeige ist in dem nebenstehenden Bild gezeigt: Lösung Man stellt fest, dass die Signale weitgehend entkoppelt sind. Es bietet sich daher die Darstellung in zwei Wahrheitstabellen an um Schreibarbeit zu sparen. Die erste Tabelle behandelt die Erzeugung der Signale für die 7-Segment-Anzeige. Die Ziffern werden wie folgt dargestellt: Laut Aufgabenstellung ist der Aufzug im Haltzustand abgeschaltet, es sollte also dann auch keine Stockwerksanzeige erfolgen sondern H. Wenn der Aufzug nicht abgeschaltet ist, kann er immer nur in einem Stockwerk sein. Es wird also nur eines der Signale U, E oder O auf 1 sein. (1-aus-3-Code). Mit diesen Informationen kann die folgende Wahrheitstabelle aufgestellt werden: H U E O a b c d e f g 1 X X X Andere: nicht möglich Es bleibt noch die Wahrheitstabelle für die Anforderung und die Anzeigelampe Kommt. Hier wird ein Speicherelement gebraucht, das durch die Anforderungstaste gesetzt wird und durch die aufgehende Tür zurückgesetzt wird. es bietet sich ein SR-Flipflop an. Die Anforderungstaste kann das Flipflop setzen und die Türöffnung kann es wieder

3 1.Hausübung Rechnerarchitektur - Prof. Dr. K. Wüst 3 zurücksetzen (löschen). Das Rufsignal an die zentrale Steuerung kann mit dem K-Signal identisch sein: Rufen, so lange Lampe leuchtet. Die Anforderung muss im Haltzustand blockiert werden. Dabei gibt es nur den Konfliktfall, dass die Anforderungstaste gedrückt wird, während die Tür schon aufgeht. Sinnvoll ist es, der aufgehenden Tür hier den Vorrang zu geben, so dass in dieser Zeit keine Anforderung möglich ist. Dies kann elegant mit einem SR-Flipflop mit dominantem R-Eingang gelöst werden. (X=Zwischensignal = Ausgang des Flipflops) A T Aktion X K R 0 0 Speicherzustand bleibt X H K 0 1 zurücksetzen 0 X H K 1 0 setzen 1 X H K 1 1 rücksetzen, R dominant 1 X H K Die Schaltung kann dann wie folgt aussehen: (Andere Lösungen sind möglich)

4 1.Hausübung Rechnerarchitektur - Prof. Dr. K. Wüst 4 Aufg.2: Analyse einer Digitalschaltung Untersuchen Sie die unten angegebene Digitalschaltung. Nehmen Sie an, dass zu Anfang beide D-Flipflops im Zustand Q=0 sind. a) Zeichnen Sie den Verlauf der Signale Q 0 und Q 1 in dem Diagramm ein! b) Geben Sie eine Signaltabelle zu dem in der Zeichnung angegebenen Verlauf des Eingangssignales C an! c) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Anzahl der Impulse im C-Signal und den Beiden Ausgängen Q 0 und Q 1? d) Was erhalten wir am Ausgang, wenn am Eingang C eine Frequenz von 4 khz anliegt? Lösung a) Man erhält das richtige Impulsdiagramm, wenn man beachtet, dass immer durch eine positive Flanke am Eingang C1 eine Datenübernahme ausgelöst ( getriggert ) wird. Bei der Datenübernahme wird das an 1D anliegende Signal übernommen. b) C Nr. Takt Q Q Q Q periodisch

5 1.Hausübung Rechnerarchitektur - Prof. Dr. K. Wüst 5 c) Die Anzahl der Q 0 -Impulse ist halb so groß wie die Zahl der Taktimpulse, Die Anzahl der Q 1 -Impulse ist ein Viertel der Zahl der Taktimpulse. Die Zuordnung zwischen der Anzahl der Impulse und den Ausgängen Q 0 und Q 1 ist in der folgenden Tabelle gezeigt. Man beachte, dass beim 4. Taktimpuls der Überlauf des Zählers stattfindet. Anzahl Taktimpulse Q 1 Q Man sieht dass die Schaltung als ein 2-Bit-Zähler arbeitet mit einem Überlauf eine Zählbereich von und einem Überlauf von 3 auf 0. d) Am Ausgang Q 1 ist die gemessene Frequenz 1 4 khz = 1 khz. 4