Download - 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


SysteemAlgoritme

circuit

GedragLogische Structuur

Fysische Structuur

R/Tlogisch

Decompositie en verfijning

Synthese vraagt verfijning van initiële gedragsspecificatie

= compositie van meer elementaire gedragingen

Informele vereisten


SysteemAlgoritme

circuit

GedragLogische Structuur

Fysische Structuur

R/Tlogisch


Elementaire knopen kunnen tot zelfde niveau behoren, of tot lager niveau

Compositie volgens syntaxisregels van representatie (b.v. VHDL)

Informele vereisten



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)


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


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


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


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


Temporele interpretatiesASIC-implementatie van voorbeeld

+ ++

+

abcde


Temporele interpretatiessequentieel voorbeeld


Spatiale interpretatiescombinatorisch vorbeeld

++

+ +

a

bcde

Netwerk:• som-van-producten• meerniveau• ...


Spatiale interpretatiessequentiële voorbeelden: algemene vorm


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


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


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)


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


Spatiale interpretaties sequentiële voorbeelden: factorisatie

+ ++

+

abcde


Synchrone compositiesis synchroon altijd synchroon?

Combineer twee synchrone automaten met identiek klokgedrag op algemene manier

Is resultaat altijd synchrone schakeling met verwacht aantal toestanden?



?

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

,,,



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


Asynchrone composities

Wat gebeurt er als wij twee automaten met verschillende klok aan elkaar verbinden?

C1 C2


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


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


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


Asynchrone compositieshoe communiceren wij meerbit-informatie?