5. Schaltwerke und Speicherelemente

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1 5. chaltwerke und peicherelemente T chaltwerke Takt, peicherelemente, Flip-Flops Verwendung von Flip-Flops peicherzellen, egister Kodierer, peicher 74

2 chaltwerke vs. chaltkreise chaltkreise bestehen aus Eingangsleitungen, chaltnetz und Ausgangsleitungen. Takt peicherelemente sonstige Eingangsleitungen chaltwerke bestehen aus chaltkreisen, peicherelementen und Taktleitungen. chaltkreise sonstige Ausgangsleitungen 75 Takt chaltwerke befinden sich zu zu gegebener Zeit in in einem Zustand.. Ein solcher Zustand ist ist beispielsweise durch die erte der Ausgangsleitungen zu zu diesem Zeitpunkt charakterisiert. Zustände ändern sich nur zu zu bestimmten diskreten Zeitpunkten, bei Eintreffen eines Taktes, das heißt, wenn eine auf der Taktleitung anliegt. Takt Takt= Flanke Takt= Zeit 76

3 peicherelemente Binäre peicherelemente sind kleinste logische Bausteine zur Aufbewahrung von nformation. Es Es wird hier nur einer der Zustände oder gespeichert. ie sind als chaltwerke realisiert. Dabei ist ein Zustand (n) durch den gespeicherten ert und durch die erte auf den Eingangsleitungen im n-ten Taktzyklus bestimmt. Der gespeicherte ert steht über eine Ausgangsleitung zur Verfügung, meist gibt es zusätzlich eine Leitung an der (n) anliegt. 77 -Flip-Flop Ein -Flip-Flop besitzt zwei besondere Eingänge zum etzen (auf ; et) und ücksetzen (auf ; eset) des nhalts. (n) (n+) T ei T der Takt mit: T=: Zustand ändert sich nicht, T=: Zustand kann sich ändern. Dann wird das -Flip-Flop durch folgende Tabelle beschrieben: (n+) (n+) (n) (n) nicht nicht def. def. 78

4 -Flip-Flop (Forts.) Unter Einbeziehung des aktuellen Zustandes (n) ergibt sich folgende Tabelle für die chaltfunktion (n+), wenn ein Takt anliegt (T=). onst (T=) ändert sich nichts. chaltfunktion für (n+) : (n) (n) (n+) (n+) undef. undef. ückkopplung (n+) = ( + (n) ) = [ + ( + (n) ) ] (NO-Darstellung) chaltung für (n+) : 79 Getaktetes -NO-Flip-Flop chaltfunktion: chaltung: (n+) = T (n) + T ( + (n) ) = (T +T ) (n) + T + T T = (T) (n) + (T) T = (T) (T + (n) ) = [ T + (T + (n) ) ] T chaltsymbol: T 8

5 -NAND-Flip-Flops Ersetzt man man alle alle NO-Glieder eines -NO-Flip-Flops durch NAND- Glieder, so so erhält man man den den -NAND-Flip-Flop. Dessen Verhalten ist ist dual dual zu zu dem dem des des -NO-Flip-Flops. Die Kreise an den Eingängen deuten an, dass dieser Flip-Flop aktiv ist, wenn r = oder s = gilt. -NO NO-Flip-Flop Flop -NAND NAND-Flip-Flop Flop 8 Verwendung von Flip-Flops Eine elementare Verwendung eines Flip-Flops ergibt sich für das Entprellen eines chalters, z.b. einer Taste der Tastatur. +5 V +5 V Prellender chalter t dealer chalter t Ein Aus Entprellung mit Flip-Flop Flop 82

6 Datentransfer Ein Ein egister ist ist eine eine peicherzelle für für ein ein ort. Es Es besteht im im wesentlichen aus aus mehreren -Bit peicherzellen. Zur Zur Übertragung des des nhaltes von von egister X=X X=X X X n zu zu egister Y=Y Y=Y Y Y n kann etwa folgende chaltung verwendet werden: egistertransfer: Transferleitung Y Y 2 Y 3 Y Y 2 Y 3 X X 2 X 3 X X 2 X 3 83 Eine peicherzelle Eine peicherzelle besteht im im wesentlichen aus aus einem -FlipFlop. Für Für das das chreiben, Lesen und und Ansteuern der der peicherzelle werden weitere Zuleitungen eingesetzt. elect nput OUT rite Nur bei elect = steht der gespeicherte ert bei OUT zur Verfügung. Nur bei elect = rite = kann der nputwert gespeichert werden! Vereinfachtes chaltbild obiger peicherzelle: O 84

7 egister Ein Ein egister ist ist eine eine Gruppe von von peicherzellen. Die Die Anzahl der der peicherzellen in in einem egister ist ist meist gleich der der ortgröße. Da Da man man nie nie einzelne Zellen eines egisters anspricht, kann man man die die et- et-und rite-ausgänge miteinander verbinden. 3 2 O O O O O 3 O 2 O O 85 Kodierer / Dekodierer Ein Ein Kodierer hat hat 2 n Eingänge und und n Ausgänge. Für Für den den Fall, Fall, dass an an dem dem k-ten Eingang eine eine und und an an allen anderen Eingängen eine eine liegt, soll soll an an den den Ausgängen die die Zahl Zahl k binär dargestellt werden. Für Für alle alle anderen nputs ist ist das das Ergebnis unspezifiziert. Vertauscht man man Eingang und und Ausgang, erhält man man einen Dekodierer z 7 2 z 2 z Kodierer z z z 2 86

8 Adressierbarer peicher 2 3 MA rite ead m m Modell :: ort = 3 Bit Bit p.-größe :: 4 orte MA = memory address register O O 2 O 3 87 Adressierbarer peicher 2 3 nput-egister Adress- egister MA m m Modell :: ort = 3 Bit Bit p.-größe :: 4 orte rite ead Mode elect O O 2 O 3 88

9 Zu speicherndes Datum peicheradresse MA rite rite ead Mode = rite O O 2 O 3 89 peicheradresse MA rite rite ead Mode = rite O O 2 O 3 9

10 MA rite rite ead O O 2 O MA ead rite ead??? 92

11 2 3 MA ead rite ead??? MA ead rite ead 94

12 Eingabe- und Ausgaberegister des peichers werden zu einem gemeinsamen egister, dem Memory-Data- egister (MD) verbunden. ead rite peicher mit MD MD MA 95 Eterne icht des peichers Nach außen ist ist der der peicher durch die die egister MA, MD, Mode und und Format ansprechbar. peicher Modus Format ead, rite, ait Adressregister MA Byte, 2 Byte, 4 Byte MD Datenregister Leseprotokoll : telle Adresse in in MA ein ein etze gewünschtes Format etze Modus auf auf ead Empfange Datum in in MD chreibprotokoll : Bringe Datum nach MD telle Adresse in in MA ein ein etze gewünschtes Format etze Modus auf auf rite 96