Automaten. Dr.-Ing. Volkmar Sieh. Institut für Informatik 3: Rechnerarchitektur Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg SS 2011
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- Hertha Solberg
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1 Automaten Dr.-Ing. Volkmar Sieh Institut für Informatik 3: Rechnerarchitektur Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg SS 2011 Automaten 1/
2 Flip-Flops Frage: wie kann man Werte speichern? => Flip-Flops (Latches, Register) Automaten 2/
3 Flip-Flops RS-Flip-Flop RS-Flip-Flop: S: Set, R: Reset, Q: Output Automaten 3/
4 Flip-Flops D-Latch D-Latch (Takt-Zustands-gesteuert): D: Data, R: Reset, C: Clock, Q: Output Automaten 4/
5 Flip-Flops Reset Frage Warum verwendet man einen Reset-Eingang mit negativer Logik? Automaten 5/
6 Flip-Flops D-Latch Ersatzschaltbild: = Beachte: ausgefülltes Dreieck am Takt-Eingang! Reset-Eingang i.a. implizit Automaten 6/
7 Flip-Flops 2-Phasen-Takt 2-Phasen-Takt: Automaten 7/
8 Flip-Flops 2-Phasen-Takt 2-Phasen-Takt: Takte auch häufig mit Φ 0 und Φ 1 bezeichnet. aufwändige Takterzeugung Takt-Vervielfachung nicht (einfach) möglich Logik muss nach einem halben Takt Ergebnis berechnet haben oder: Logik muss in zwei Teile aufgespalten werden Automaten 8/
9 Flip-Flops Master-Slave-Flip-Flop Master-Slave-Flip-Flop/D-Flip-Flop (Takt-Flanken-gesteuert): D: Data, C: Clock, Q: Output Automaten 9/
10 Flip-Flops Master-Slave-Flip-Flop Ersatzschaltbild: = Beachte: offenes Dreieck am Takt-Eingang! Reset-Eingang i.a. implizit Automaten 10/
11 Flip-Flops 1-Phasen-Takt 1-Phasen-Takt: Automaten 11/
12 Flip-Flops 1-Phasen-Takt entspricht Mealy-/Moore-/Medwedew-Automaten Logik muss nach einem ganzen Takt Ergebnis berechnet haben derzeitiger Standard beim Chip-Entwurf Beispiel: aktuelle FPGA- und PLD-Bausteine haben diese Struktur Automaten 12/
13 Flip-Flops Automaten Mealy-Automat: Moore-Automat: Medwedew- Automat: Automaten 13/
14 Flip-Flops Automaten Frage Was sind die Vor-/Nachteile der verschiedenen Automaten? Automaten 14/
15 Flip-Flops Setup/Hold-Time Alle Flip-Flops benötigen eine Setup - und Hold -Zeit: Setup-Time: Solange muss am Eingang des Flip-Flops ein sich nicht ändernder Wert anliegen bevor sich der Wert des Takt-Eingangs ändern darf. Hold-Time: Solange darf ein Wert am Eingang des Flip-Flops sich nach der Änderung des Takt-Signals nicht ändern. Automaten 15/
16 Flip-Flops Setup-/Hold-Time Frage Was könnte passieren, wenn das sich D-Signal gerade in dem Moment ändert, in dem das Takt-Signal von 0 nach 1 geht? Wann könnte so etwas vorkommen? Was kann man dagegen tun? Automaten 16/
17 Flip-Flops Schieberegister Frage Wie kann man aus D-Flip-Flops ein sogenanntes Schieberegister bauen? O 0 speichert bei einer positiven Taktflanke den Wert von I. O 1 enthält den Wert von O 0 einen Takt später. O 2 enthält den Wert von O 1 einen Takt später.... Automaten 17/
18 Flip-Flops Schieberegister Frage Jetzt soll ein Parallel-nach-Seriell-Wandler gebaut werden. Ist das Load -Signal 1, soll ein an den Eingängen D 0 bis D 7 anliegende Bit-Folge bei steigender Takt-Flanke in Wandler übernommen werden. Ist das Load -Signal 0, wird der bei der ersten steigenden Takt-Flanke der Wert D 0 über dem Serial-Out -Ausgang ausgegeben. Bei der nächsten steigenden Takt-Flanke D 1, dann D 2 usw. Wie könnte ein Schaltplan für diesen Baustein aussehen? Automaten 18/
19 Flip-Flops Schieberegister Frage Zustandsübergangstabelle: D 0 D 1...D 7 S 0 S 1...S 7 Load S 0 S 1...S 7 O abcdefgh 1 abcdefgh a abcdefgh 0 bcdefgh- b Automaten 19/
20 Flip-Flops Takt-Teiler Automaten 20/
21 Flip-Flops Takt-Teiler Frage Wie sieht vom Takt-Teiler das Signal-Diagramm aus? Wie kann man die Frequenz eines Taktes durch 8 teilen? Automaten 21/
22 Flip-Flops Takt-Vervielfacher Bus einer CPU hat gewöhlicherweise geringere Frequenz als CPU intern. CPU muss mit Bus zusammenarbeiten. Takt in der CPU muss Phasen-synchron zum Bus-Takt sein. Frequenz auf Bus meist fest (Standards). Interne Frequenz der CPU nicht bekannt. => CPU muss sich externen Takt vervielfachen. => Takt-Vervielfacher (Phase-locked Loop; PLL ) Automaten 22/
23 Flip-Flops Takt-Vervielfacher Idee: Kommt 1 von C out früher als von C in, ist Frequenz zu hoch => über Tiefpass kleinere Spannung an VCO (Voltage Controlled Oscilator) geben => VCO produziert Signal mit geringerer Frequenz. Takt-Teiler bestimmt Takt-Vervielfachung Automaten 23/
24 Flip-Flops Zähler Frage Wie kann man aus mehreren D-Flip-Flops einen Zähler (0-15) bauen? Automaten 24/
25 Flip-Flops Zähler Frage Wie kann man einen Zähler (0-9) bauen? Automaten 25/
26 Flip-Flops Load-Eingang Manchmal möchte man bei einem Takt einen Wert nur unter bestimmten Bedingungen speichern. => D-Flip-Flop braucht noch einen Load -Eingang. Automaten 26/
27 Flip-Flops Load-Eingang Automaten 27/
28 Flip-Flops Load-Eingang Frage Warum funktioniert die Variante mit dem AND-Gatter am Takteingang i.a. nicht? Automaten 28/
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