a.s.e.24.1 architettura dei sistemi elettronici lezione n° 24 reti sequenziali sincronizzate...

A.S.E.A.S.E. 24.24.11

ARCHITETTURA DEI SISTEMI ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICIELETTRONICI

LEZIONE N° 24LEZIONE N° 24

• Reti sequenziali sincronizzate complesseReti sequenziali sincronizzate complesse– Macchina di Mealy ritardataMacchina di Mealy ritardata– Registro di statoRegistro di stato– Registro operativoRegistro operativo– Parte operativaParte operativa– Parte di controlloParte di controllo

• EsempioEsempio

A.S.E.A.S.E. 24.24.22

RichiamiRichiami

• Reti combinatorieReti combinatorie– Tecnica di sintesi (minimizzazione) strutturataTecnica di sintesi (minimizzazione) strutturata– Sintesi euristicaSintesi euristica

• SommatoreSommatore• SottrattoreSottrattore• …………....

• Reti sequenzialiReti sequenziali– Variabili di statoVariabili di stato– Tecnica di sintesi (minimizzazione degli stati) Tecnica di sintesi (minimizzazione degli stati)

strutturata strutturata – Sintesi euristicaSintesi euristica

• ContatoriContatori• Shift registerShift register• …………....

A.S.E.A.S.E. 24.24.33

Vantaggi delle soluzioni Vantaggi delle soluzioni euristicheeuristiche

• Esempio Esempio – Moltiplicatore di interi positivi 16 x 16Moltiplicatore di interi positivi 16 x 16

– Rete combinatoria con 32 ingressi e 32 usciteRete combinatoria con 32 ingressi e 32 uscite• Tutte le possibili combinazioni degli ingressi sono Tutte le possibili combinazioni degli ingressi sono

necessarienecessarie

– Risultato della sintesi automaticaRisultato della sintesi automatica• una memoria ROM con 32 bit di indirizzo e parole di una memoria ROM con 32 bit di indirizzo e parole di

32 bit32 bit• Complessità globale Complessità globale • 4 G parole da da 32 bit ( 16 GBYTE !!!!!)4 G parole da da 32 bit ( 16 GBYTE !!!!!)

A.S.E.A.S.E. 24.24.44

Macchina di Mealy sincronizzataMacchina di Mealy sincronizzata

• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressistato e degli ingressi

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

La rete R’ è una rete combinatoria

A.S.E.A.S.E. 24.24.55

Macchina di MOOREMacchina di MOORE• Le variabili d’uscita, in un determinato istante, Le variabili d’uscita, in un determinato istante,

sono funzione del sole variabili di statosono funzione del sole variabili di statoR

CN1

X1

Xn

z1

zWs1

sks’k

s’1a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zk

CN2

Ck

A.S.E.A.S.E. 24.24.66

Macchina di Mealy RitardataMacchina di Mealy Ritardata

• Le uscite sono funzioni delle variabili di Le uscite sono funzioni delle variabili di stato e degli ingressi, ma risultano stato e degli ingressi, ma risultano sincronizzatesincronizzate

R

R’

X1

Xn

z1

sp1

sPk

sn1

snk

a1

an

an+1

an+k

z1

zm

zm+1

zm+k

zm

Ck

A.S.E.A.S.E. 24.24.77

OsservazioniOsservazioni

• La macchina di Mealy ritardata ha le La macchina di Mealy ritardata ha le uscite sincronizzate come quella di uscite sincronizzate come quella di MooreMoore

• La macchina di Mealy ritardata presenta La macchina di Mealy ritardata presenta meno stati interni di quella di Mooremeno stati interni di quella di Moore

• Nelle reti sequenziali complesse ha Nelle reti sequenziali complesse ha particolare importanza ridurre il numero particolare importanza ridurre il numero delle variabili di statodelle variabili di stato

• Quindi la macchina di Mealy ritardata è Quindi la macchina di Mealy ritardata è da preferirsi a quella di Mooreda preferirsi a quella di Moore

A.S.E.A.S.E. 24.24.88

Interpretazione diversaInterpretazione diversa

• Il registro può essere visto come più Il registro può essere visto come più registri che svolgono funzioni diverseregistri che svolgono funzioni diverse

RC

IN OUT

SR

DRn

DR0

Ck

X

A.S.E.A.S.E. 24.24.99

Osservazioni 1Osservazioni 1

• Registro SRRegistro SR ((Status Register) Status Register) – Contiene le variabili di stato Contiene le variabili di stato

• Registro DRRegistro DR00 (Data Register)(Data Register)– Contiene parte delle variabili d’uscita (Dati)Contiene parte delle variabili d’uscita (Dati)

• ……....

• Registro RDRegistro RDnn (Data Register)(Data Register)– Contiene parte delle variabili d’uscita (Dati)Contiene parte delle variabili d’uscita (Dati)

• NOTENOTE• La suddivisione in vari “registri dati” è funzionale al La suddivisione in vari “registri dati” è funzionale al

progettoprogetto• Non tutti gli RD servono per le variabili d’uscitaNon tutti gli RD servono per le variabili d’uscita

A.S.E.A.S.E. 24.24.1010

Osservazione 2Osservazione 2

• La suddivisione dei registri è funzionale La suddivisione dei registri è funzionale al fatto di ridurre considerevolmente gli al fatto di ridurre considerevolmente gli stati interni della macchina (solo SR da stati interni della macchina (solo SR da luogo a variabili di stato)luogo a variabili di stato)

• Anche la rete combinatoria può essere Anche la rete combinatoria può essere interpretata come più reti combinatorie interpretata come più reti combinatorie

A.S.E.A.S.E. 24.24.1111

Scomposizione della “RC”Scomposizione della “RC”

ParteOperativa

INOUT

SR

DRn

DR0

Ck

X

Parte diControllo

C B

A.S.E.A.S.E. 24.24.1212


• La parte operativa esegue determinate La parte operativa esegue determinate operazioni sulle variabili d’ingresso, in operazioni sulle variabili d’ingresso, in funzione delle variabili d’uscita e delle funzione delle variabili d’uscita e delle informazioni fornite dalla parte di informazioni fornite dalla parte di controllo (B) controllo (B) microistruzionimicroistruzioni

• Genera le variabili di condizionamento Genera le variabili di condizionamento (C) e le nuove uscita(C) e le nuove uscita

• La parte di controllo determina i vari La parte di controllo determina i vari passi da eseguire, in funzione delle passi da eseguire, in funzione delle variabili di stato e delle variabili di variabili di stato e delle variabili di controllocontrollo

A.S.E.A.S.E. 24.24.1313

Ulteriore suddivisioneUlteriore suddivisione

• La parte operativa può essere La parte operativa può essere ulteriormente suddivisa in due parti ulteriormente suddivisa in due parti

RCOperativa

IN

Ck

RCCondizionamento

Parte Operativa

BC

A.S.E.A.S.E. 24.24.1414


• La suddivisione vista è dettata da:La suddivisione vista è dettata da:– Le reti sequenziali complesse sono difficili ad Le reti sequenziali complesse sono difficili ad

essere gestiteessere gestite– Le funzioni della parte operativa solitamente Le funzioni della parte operativa solitamente

sono.sono.• OPERAZIONI ARITMETICHEOPERAZIONI ARITMETICHE• OPERAZIONI LOGICHEOPERAZIONI LOGICHE• SHIFTSHIFT• MULTIPLEXMULTIPLEX

– Una soluzione “guidata” è solitamente più Una soluzione “guidata” è solitamente più veloce e più efficienteveloce e più efficiente

– (i criteri d’ottimizzazione sono scelti dal (i criteri d’ottimizzazione sono scelti dal progettista)progettista)

A.S.E.A.S.E. 24.24.1515

EsempioEsempio

– XX11 = 1, = 1, XX00 = 0 = 0

• Riconoscitore di due sequenze in cascataRiconoscitore di due sequenze in cascata– IngressiIngressi

• XX11, X, X00

– UsciteUscite• ZZ33, Z, Z22, Z, Z11, Z, Z00

• DescrizioneDescrizione– prima riconosce la sequenza 00, 01,10prima riconosce la sequenza 00, 01,10– dopo riconosce la sequenza 11, 01,10dopo riconosce la sequenza 11, 01,10– Incrementa l’uscita tutte le volte che una Incrementa l’uscita tutte le volte che una

sequenza viene riconosciuta (modulo 16)sequenza viene riconosciuta (modulo 16)

A.S.E.A.S.E. 24.24.1616

Diagramma di flusso Diagramma di flusso

YY

0000

0000

0101

0000

1010

Z=1

YY

1111

Z=1Z=1

1111

Z=1Z=1

0101

1111

Z=1Z=1

1010

Z=2YY

YY YY

YY

YY

YY

YY

YY

Occorrono 8 blocchi simili al seguenteOccorrono 8 blocchi simili al seguente

{00-01-10}_ {11-01-10}

A.S.E.A.S.E. 24.24.1717


• In totale si hanno 6 x 8 = 48 stati interniIn totale si hanno 6 x 8 = 48 stati interni• Occorrono 6 variabili di stato Occorrono 6 variabili di stato

• 2266 = 64, potenza del 2 immediatamente superiore a = 64, potenza del 2 immediatamente superiore a 4848

• Rete combinatoria a 6 + 2 = 8 ingressi e Rete combinatoria a 6 + 2 = 8 ingressi e 4 uscite4 uscite

• Non è possibile ottimizzarla manualmenteNon è possibile ottimizzarla manualmente

• __________________________________________________________________________________• Considerando la macchina come Considerando la macchina come

macchina sequenziale complessa si ha macchina sequenziale complessa si ha

A.S.E.A.S.E. 24.24.1818

Macchina sequenziale complessaMacchina sequenziale complessaParte operativaParte operativa

• La parte operativa può essere un La parte operativa può essere un contatore modulo 16 che si incrementa contatore modulo 16 che si incrementa quandoquando– La parte di controllo ha verificato che sono La parte di controllo ha verificato che sono

passati due termini della sequenza giusta passati due termini della sequenza giusta

– EE gli ingressi assumono il valore X gli ingressi assumono il valore X11 = 1, = 1, XX00 = 0= 0

A.S.E.A.S.E. 24.24.1919

Schema della parte operativaSchema della parte operativa

• Incrementa se (XIncrementa se (X11 = 1 e X = 1 e X00 = 0) e se il = 0) e se il segnale “B”, della parte di controllo vale segnale “B”, della parte di controllo vale 11

ContatoreMod 16

X0

X1

B

Ck

E

Ck

Z3

Z2

Z1

Z1

{00-01-10}_ {11-01-10}

A.S.E.A.S.E. 24.24.2020

Parte operativaParte operativaSoluzione alternativa Soluzione alternativa

Soluzione che evidenzia la rete Soluzione che evidenzia la rete combinatoria combinatoria

MUX

MUX

1

X1

X0

0

0

Ck

B

44 44

4 Z

W

A.S.E.A.S.E. 24.24.2121

Parte di controlloParte di controllo• Il diagramma ASM delle parte di Il diagramma ASM delle parte di

controllo divienecontrollo diviene

YY

0000

0000

0101

0000

1010

B=1

YY

1111

1111

0101

1111

1010

B=1YY

YY YY

YY

YY

YY

YY

YY

A.S.E.A.S.E. 24.24.2222

OSSERVAZIONIOSSERVAZIONI

• Sono ora necessari 6 stati interni Sono ora necessari 6 stati interni – 3 variabili di stato + 2 ingessi3 variabili di stato + 2 ingessi

• Rete combinatoria sempre troppo grossaRete combinatoria sempre troppo grossa

• Si può provare ad eseguire un Si può provare ad eseguire un precondizinamento degli ingressiprecondizinamento degli ingressi

A.S.E.A.S.E. 24.24.2323

Considerazioni sulla sequenzaConsiderazioni sulla sequenza

• Si definiscono due variabili di Si definiscono due variabili di condizionamentocondizionamento– CC00 e C e C11

– La sequenza che inizia con 00 deve essere La sequenza che inizia con 00 deve essere riconosciuta quando l’uscita è pari riconosciuta quando l’uscita è pari Z Z00 = 0 = 0

– La sequenza che inizia con 11 deve essere La sequenza che inizia con 11 deve essere riconosciuta quando l’uscita è dispari riconosciuta quando l’uscita è dispari Z Z00 = 1 = 1

• Si poneSi pone– CC00 = 1 se X = 1 se X11,X,X00 = 00 e Z = 00 e Z00 = 0 e se X = 0 e se X11,X,X00 = 11 e Z = 11 e Z00

= 1 = 1

– CC11 = 1 se X = 1 se X11,X,X00 = 01 = 01 {00-01-10} _ {11-01-10}

A.S.E.A.S.E. 24.24.2424

Rete Combinatoria di Rete Combinatoria di condizionamentocondizionamento

• Tabella di veritàTabella di verità

X1X1 X0X0 Z0Z0 C0C0 C1C1

00 00 00 11 00

00 00 11 00 00

00 11 00 00 11

00 11 11 00 11

11 00 00 00 00

11 00 11 00 00

11 11 00 00 00

11 11 11 11 00

A.S.E.A.S.E. 24.24.2525

Rete Combinatoria di Rete Combinatoria di condizionamentocondizionamento

X1

X0

Z0

C0 C1

A.S.E.A.S.E. 24.24.2626

Parte di controlloParte di controllo

• Ricordando che la parte di condizionamento fornisceRicordando che la parte di condizionamento fornisce– CC00 = 1 se X = 1 se X11,X,X00 = 00 e Z = 00 e Z00 = 0 e se X = 0 e se X11,X,X00 = 11 e Z = 11 e Z00 = 1 = 1

– CC11 = 1 se X = 1 se X11,X,X00 = 01 = 01

• Gli ingressi della parte di controllo sono CGli ingressi della parte di controllo sono C00 e e CC11

• Le sequenze iniziano quando è CLe sequenze iniziano quando è C00 = 1 = 1

• Il secondo passo della sequenza si ha per CIl secondo passo della sequenza si ha per C11 = = 1 1 – Il caso CIl caso C00 ee C C11 = 1 non si può mai verificare = 1 non si può mai verificare

• Ora si attiva la parte operativa B = 1Ora si attiva la parte operativa B = 1

A.S.E.A.S.E. 24.24.2727

Diagramma di Flusso dellaDiagramma di Flusso dellaParte di controlloParte di controllo

• Variabili d’ingresso CVariabili d’ingresso C11CC00, variabili di stato S, variabili di stato S11SS00

YY

X0X0

0101

0101

BB

0000YY

YY

YY

aa 0000

bb 0101

cc 1010

{00-01-10} _ {11-01-10}

X1X1 X0X0 Z0Z0 C1C1 C0C0

00 00 00 00 11

00 00 11 00 00

00 11 00 11 00

00 11 11 11 00

11 00 00 00 00

11 00 11 00 00

11 11 00 00 00

11 11 11 00 11

A.S.E.A.S.E. 24.24.2828

Tabella delle transizioniTabella delle transizioni

S1S1 S0S0 C1C1 C0C0 S1S1 S0S0 BB00 00 00 00 00 00 0000 00 00 11 00 11 0000 00 11 00 00 00 0000 00 11 11 ---- ---- ----00 11 00 00 00 00 0000 11 00 11 00 11 0000 11 11 00 11 00 1100 11 11 11 ---- ---- ----11 00 00 00 00 00 0011 00 00 11 00 11 0011 00 11 00 00 00 0011 00 11 11 ---- ---- ----11 11 00 00 ---- ---- ----11 11 00 11 ---- ---- ----11 11 11 00 ---- ---- ----11 11 11 11 ---- ---- ----

YY

X0X0

0101

0101

BB

0000YY

YY

YY

aa 0000

bb 0101

cc 1010

A.S.E.A.S.E. 24.24.2929

MinimizzazioneMinimizzazione

• 0000 0101 1111 1010

0000 11 ----

0101 11 ----

1111 ---- ---- ---- ----

1010 11 ----

SSN0N0 CC11CC00

SS11SS00

0000 0101 1111 1010

0000 ----

0101 ---- 11

1111 ---- ---- ---- ----

1010 ----

SSN1N1 CC11CC00

SS11SS00

00 11

00

11 11 ----

BBSSN0N0

SSN1N1

S1S1 S0S0 C1C1 C0C0 S1S1 S0S0 BB

00 00 00 00 00 00 0000 00 00 11 00 11 0000 00 11 00 00 00 0000 00 11 11 ---- ---- ----00 11 00 00 00 00 0000 11 00 11 00 11 0000 11 11 00 11 00 1100 11 11 11 ---- ---- ----11 00 00 00 00 00 0011 00 00 11 00 11 0011 00 11 00 00 00 0011 00 11 11 ---- ---- ----11 11 00 00 ---- ---- ----11 11 00 11 ---- ---- ----11 11 11 00 ---- ---- ----11 11 11 11 ---- ---- ----

A.S.E.A.S.E. 24.24.3030

Parte di ControlloParte di Controllo

• OsservazioniOsservazioni– La variabile B coincide con SLa variabile B coincide con SN1N1

– La rete può essere sintetizzata in modo La rete può essere sintetizzata in modo classico come una macchina di MOOREclassico come una macchina di MOORE

RC 1

RC 2SRC0

C1 B

A.S.E.A.S.E. 24.24.3131

Riconoscitore di SequenzeRiconoscitore di Sequenze

RCOp

RCCon

RC2

RC1

DR

Z

X

SR

Parte di Controllo Parte Operativa

B

C

A.S.E.A.S.E. 24.24.3232

TemporizzazioneTemporizzazione

00

10

01

11

10

01

00

01

Ck

X1

X0

W

C1

C0

S0

S1

Z1

Z0

B

A.S.E.A.S.E. 24.24.3333

ConclusioniConclusioni

• Reti sequenziali sincronizzate complesseReti sequenziali sincronizzate complesse– Macchina di Mealy ritardataMacchina di Mealy ritardata– Registro di statoRegistro di stato– Registro operativoRegistro operativo– Parte operativaParte operativa– Parte di controlloParte di controllo

• EsempioEsempio

a.s.e.24.1 architettura dei sistemi elettronici lezione n° 24 reti sequenziali sincronizzate...

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