Inhoud
description
Transcript of Inhoud
Digitale elektronica --1--
Inhoud
Analyse van sequentiële netwerken– het gedrag van teruggekoppelde
poortnetwerken– races en hazards– synchroon versus asynchroon gedrag,
geheugencellen
Sequentiële bouwblokken
Synthese van sequentiële netwerken – incrementele gedragsbeschrijvingen– toestandsminimalisatie– Toestandsassignatie
Aspecten van compositie en decompositie– Verfijning en decompositie– Spatiale versus temporale decomposities– Composities van synchrone automaten
Digitale elektronica --2--
SysteemAlgoritme
circuit
GedragLogische Structuur
Fysische Structuur
R/Tlogisch
Decompositie en verfijning
Synthese vraagt verfijning van initiële gedragsspecificatie
= compositie van meer elementaire gedragingen
Informele vereisten
Digitale elektronica --3--
SysteemAlgoritme
circuit
GedragLogische Structuur
Fysische Structuur
R/Tlogisch
Decompositie en verfijning
Elementaire knopen kunnen tot zelfde niveau behoren, of tot lager niveau
Compositie volgens syntaxisregels van representatie (b.v. VHDL)
Informele vereisten
Digitale elektronica --4--
Decompositie en verfijning
Concrete representatie is voorstelling van meer abstracte interne representatie van gedrag
Synthese = interpretatie van deze abstracte representatie
Kan op diverse manieren: spatiaal vs. temporeel
concretiseringinterpretatie
spatiaal(parallel)
temporeel(sequentieel)
Digitale elektronica --5--
Spatiale en temporele interpretaties
Spatiale interpretatie
• bouwblokken afgebeeld op afzonderlijke onderdelen
• werken gelijktijdig• pijlen = verbindingen in
de ruimte tussen bouwblokken
• snelle, maar dure circuits
• controle impliciet
Temporele interpretatie
• bouwblokken afgebeeld op invocaties van onderdelen
• werken na elkaar• pijlen = verbindingen in
de tijd tussen bouwblokken (geheugen)
• trage, goedkope circuits• expliciete controle nodig
Digitale elektronica --6--
Temporele interpretaties
Essentie van temporele interpretatie: algoritme
Implementatie vereist processor-achtige architectuur:– tijd wordt expliciet in klok– er is geheugen nodig voor tussenresultaten en
toestand– er is controle nodig voor externe
synchronisatie en interne geleiding van uitvoering
Digitale elektronica --7--
Temporele interpretatiesMogelijke uitvoeringsvormen (van traag en
goedkoop naar snel en duur)– Standaard-computer = zuivere software-implementatie– Bordniveau op standaard bus (VME, PCI, …) met
standaard bord = zuivere software-implementatie– Bordniveau op standaard bus, met standaard processor,
maar eigen bord– Chipniveau met standaard processor als kern– Chipniveau met ASIP-processor (programmeerbaar)– Chipniveau met ASIC-processor (ingebakken
programma)– Chipniveau met automaat
Digitale elektronica --8--
Temporele interpretatiescombinatorisch voorbeeld (1)
Repeat repeat until start = 0; repeat until start =1; done:= 0; T1 := a + b; T2 := c + d; T2 := T1 + T2; out := T2 + e; done:= 1; until false;
Repeat repeat until start = 0; repeat until start =1; done:= 0; T := a + b; T := T + c; T := T + d; out := T + e; done:= 1; until false;
++
+ +
a
bcde
++
++
a
bcde
Digitale elektronica --9--
Temporele interpretatiesASIC-implementatie van voorbeeld
+ ++
+
abcde
Digitale elektronica --10--
Temporele interpretatiessequentieel voorbeeld
Digitale elektronica --11--
Spatiale interpretatiescombinatorisch vorbeeld
++
+ +
a
bcde
Netwerk:• som-van-producten• meerniveau• ...
Digitale elektronica --12--
Spatiale interpretatiessequentiële voorbeelden: algemene vorm
Digitale elektronica --13--
Spatiale interpretaties sequentiële voorbeelden: cascadevorm (1)
M 0 1------A A BB B CC C DD D EE E FF F GG G HH H A
(ABCDEFGH)
(A)(B)(C)(D)(E)(F)(G)(H)
(AE)(BF)(CG)(DH)
(ACEG)(BDFH)
Stabiele partities
-- M1
-- M1,M2
-- M1,M2,M3=M
Digitale elektronica --14--
Spatiale interpretaties sequentiële voorbeelden: cascadevorm (2)
M 0 1------A A BB B CC C DD D EE E FF F GG G HH H A
M1 0 1-----------ACEG=a a bBDFH=b b a
M2 0,- 1,a 1,b--------------------ABEF=c c c dCDGH=d d d c
M3 0,- 1,ac 1,ad 1,bc 1,bd-------------------------------ABCD=e e e e e fEFGH=f f f f f f
Digitale elektronica --15--
Spatiale interpretaties sequentiële voorbeelden: parallelvorm (1)
M 0 1------A A BB B CC C DD D EE E FF F A
(ABCDEF)
(A)(B)(C)(D)(E)(F)
Stabiele partities
-- M1,M2=M
(ACE)(BDF)M1 M2(AD)(BE)(CF)
Digitale elektronica --16--
Spatiale interpretaties sequentiële voorbeelden: parallelvorm (2)
M 0 1------A A BB B CC C DD D EE E FF F G
M1 0 1-----------ACE=a a bBDF=b b a
M2 0 1-----------AD=c c d BE=d d eCF=e e c
Digitale elektronica --17--
Spatiale interpretaties sequentiële voorbeelden: factorisatie
+ ++
+
abcde
Digitale elektronica --18--
Synchrone compositiesis synchroon altijd synchroon?
Combineer twee synchrone automaten met identiek klokgedrag op algemene manier
Is resultaat altijd synchrone schakeling met verwacht aantal toestanden?
Digitale elektronica --19--
Synchrone compositiesis synchroon altijd synchroon?
?
I11 I21
I12 I22
O11 O21
O22O12
S1 S2
I
S
O
O f S I IO f S I Is f S I I
o
o
s
21 21 2 21 22
22 22 2 21 22
2 2 2 21 22
( , , )( , , )( , , )
O f S I IO f S I Is f S I I
o
o
s
11 11 1 11 12
12 12 1 11 12
1 1 1 11 12
( , , )( , , )( , , )
O f S Is f S I
o
s
( , )( , )
I OI OI I I
O O O
S S S
12 22
22 12
11 21
11 21
1 2
,,,
Digitale elektronica --20--
Synchrone compositiesis synchroon altijd synchroon?
s f S Is s f S I I f S I I
f S I I f S I f S I I
II O
f S I If S I f S I I
s
s s
s s o
o
o o
( , ), ( , , ), ( , , )
( , , ), ( , , ( , , ))
( , , )( , , ( , , ))
1 2 1 1 11 12 2 2 21 22
1 1 11 12 2 2 21 12 1 11 12
12
12 22
22 2 21 22
22 2 21 12 1 11 12
Elimineer
Digitale elektronica --21--
Asynchrone composities
Wat gebeurt er als wij twee automaten met verschillende klok aan elkaar verbinden?
C1 C2
Digitale elektronica --22--
Asynchrone compositiesEr lopen meerdere draden van
M1 naar M2– op meer dan een flipflop
overgangen mogelijk in I-interval
– uiteindelijk bereikte toestand kan verkeerd zijn
Er loopt maar één draad van M1 naar M2. Problemen als– input Hamming >1-overgang
kan veroorzaken– input statische hazard kan
genereren
C1 C2
C2
Digitale elektronica --23--
Asynchrone composities
CONCLUSIE• Asynchrone informatie moet beperkt blijven tot
één bit (meerdere inputs van verschillende bronnen mogelijk)
• Mag rechtstreeks slechts Hamming-1-transities genereren
• Mag geen aanleiding geven tot statische of dynamische combinatorische hazards
Digitale elektronica --24--
Asynchrone compositieshoe communiceren wij meerbit-informatie?Gebruik synchronisatieprotocol
– Asynchrone eendraadcommunicatie om interval aan te geven waarin meerbit-informatie stabiel is
– Zorg dat meerbitsinformatie alleen dan in I-interval kan aangelegd worden
– Zorg dat meerbit-informatie geen hazards kan veroorzaken aan flipflop-inputs
nooit meerdere transities in I-interval
Digitale elektronica --25--
Asynchrone compositieshoe communiceren wij meerbit-informatie?
Digitale elektronica --26--
Asynchrone compositieshoe communiceren wij meerbit-informatie?