Sequentielle Schaltungen (1)

Transkript

1 equentielle chaltungen () equentielle chaltung: chaltung, deren sowohl von den momentan anliegenden als auch von früheren Eingangsbelegungen abhängen. Wesentliche Elemente einer PU wie egister, Zähler oder hifter (chieberegister) werden durch sequentielle chaltungen realisiert Flip-Flop (Basiseinheit einer sequentiellen chaltung): Eine Box mit 2 oder 3 Eingängen und 2 n, wobei der 2. Ausgang in der egel das Komplement des. Ausgangs darstellt. Eigenschaften: sind bistabil (im Gegensatz zum Monoflop) haben ein Gedächtnis sind die kleinste peicherzelle, speichern genau eine Informationseinheit ( Bit) Ausdruck Flip-Flop ist lautnachahmend. Er stammt aus einer Zeit, in der sie durch elektromagnetische elais realisiert wurden (z.b. elaisrechner Z3) Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett

2 equentielle chaltungen (2) Zustandstabelle Flip-Flop aus kreuzgekoppelten NO-Gattern Eingänge A () B () X alt ( alt ) X neu ( neu ) A G X B G 2 Y Wahrheitstabelle des NO-Gatters (?) A B A B (?) Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 2

3 equentielle chaltungen (3) Zustandstabelle Zustandsfolgetabelle Eingänge Eingänge Beschreibung A () B () X alt ( alt ) X neu ( neu ) keine Änderung setzen rücksetzen X X verboten (?) arstellung des -Flip-Flops (?) Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 3

4 equentielle chaltungen (4) Beispiel: Impulsfolgengenerator (Taktgeber für genau N Takte), realisiert mit Hilfe eines Flip-Flops (Uhr ist ein Taktgeber für unendlich viele Takte) Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 4

5 equentielle chaltungen (5) Problem: Kontrolle erhalten darüber, dass seq. chaltnetze (bzw. die durch seq. chaltnetze realisierten Prozesse) nur auf gültige Inputwerte reagieren. Beispiel: Lösung auf der Flip-Flop Ebene: Getaktete Flip-Flops Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 5

6 equentielle chaltungen (6) getaktetes Flip-Flop: flip-flop - oder -Eingang des inneren Flip-Flops werden nur dann aktiviert, wenn am Eingang (lock (Uhr), Taktgeber) eine anliegt. as Flip-Flop ist somit taktzustandsgesteuert. Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 6

7 equentielle chaltungen (7) Flip-Flop Zustandstabelle -Flip-Flop aus Gattern und Flip-Flop Eingänge alt neu flip-flop Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 7

8 equentielle chaltungen (7a) Flip-Flop Zustandstabelle Zustandsfolgetabelle Eingänge alt Eingänge Beschreibung neu keine Änderung Keine Änderung übernehmen übernehmen arstellung des -Flip-Flops Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 8

9 equentielle chaltungen (7b) Applikationsbeispiel : d m- d d Latch (Zwischenspeicher): aten werden nur dann übernommen und zwischengespeichert, wenn an der lock-leitung logisch anliegt. m- m-bit atenbus Takt m -Flip-Flops Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 9

10 equentielle chaltungen (8) Applikationsbeispiel 2a: Input A Prozess A Prozess Output Input B Prozess B lock Applikationsbeispiel 2b: Input A Prozess A Input B Prozess B Prozess Output lock Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett

11 equentielle chaltungen (9) JK Flip-Flop: gewünschte Funktionsweise: Ausgang kippt (komplementiert), wenn J=K= (Kippschalter), ansonsten wie Flip-Flop Zustandstabelle Zustandsfolgetabelle Eingänge Eingänge Beschreibung J K alt neu J K rücksetzen setzen kippen keine Änderung rücksetzen setzen toggle arstellung des JK-Flip-Flops J K Problem: Trotz Taktung am Eingang kann es, wenn die chaltung ganz schnell ist (sog. race condition), zu einem oszillierenden chaltkreis kommen, in dem kein stabiler Zustand eingenommen wird. Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett

12 Master-lave Flip-Flop: equentielle chaltungen () Master lave (lock) Takt Input abtasten durch Master-FF Übernahme in das lave-ff Lösung: Vermeiden des urchbrechens von Eingangsinformationen zum Ausgang, da Eingangsinformationen erst bei inaktivem Taktpegel (Takt logisch ) in das lave-ff übernommen werden. Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 2

13 equentielle chaltungen (a) chaltung des JK-FF: J K Master lave (lock) Vorteil: das Problem mit dem instabilen Zustand ist beseitigt Nachteil: längere (verzögerte) chaltungsdurchlaufzeit + höherer Aufwand (2 statt - FF) Vorlesung Techn. Grundlagen der Informatik W 8/9 E. Nett 3