Elektronika cyfrowa i mikroprocesory

Prezentacja na temat: "Elektronika cyfrowa i mikroprocesory"— Zapis prezentacji:

1 Elektronika cyfrowa i mikroprocesory
Wykład 6

2 Bloki funkcjonalne

3 Bloki funkcjonalne - symbol
Sygnały wejściowe dzielimy na D – dane wejściowe (informacyjne) S – sygnały sterujące Sygnały wyjściowe dzielimy na F – dane wyjściowe (informacyjne) R – sygnały kontrolne X=DS, Y=FR BF D S F R X Y

4 Bloki funkcjonalne Składa się z pewnej liczby elementów kombinacyjnych i/lub sekwencyjnych Realizuje jedną lub więcej funkcji zależnie stanu od wejść sterujących Dla jednego stanu wejść sterujących tylko jedna funkcja – mikrooperacja Dla układów sekwencyjnych pojedyncza mikrooperacja wykonywana jest w czasie pojedynczego cyklu taktującego Stan linii sterujących nazywany jest mikrorozkazem

5 Blok funkcjonalny Wiele bloków dostępnych jest jako gotowe układy scalone serii TTL 74xxx multipleksery: 74151, 74257, 74258 demultipleksery 74137, 74138, 74238 dekodery/kodery 7442, 7447 sumatory 7483, 74183, 74283

6 Komparatory – realizacja na bramkach XNOR i bramki AND

7 Komparatory – realizacja na bramkach XOR i bramki NOR

8 Komparatory

9 Komparator 74x85

10 Łączenie komparatorów - szeregowo

11 Łączenie komparatorów - równolegle

12 Sumatory - rodzaje Sumatory dwójkowe (binarne)
Sumatory dziesiętne (BCD) Sumowanie liczb bez znaku lub ze znakiem Sumatory liczb całkowitych i ułamkowych Sumatory liczb zmiennoprzecinkowych

13 Sumatory - podstawowy Sumator binarny jednobitowy Półsumator
Sumowanie bitów p i q Wynik suma: f i przeniesienie c p + q = f + 2c p + q = f  c2 f = p  q c = pq

14 Budowa półsumatora

15 Sumowanie liczb wielobitowych
Układ sumuje p i q oraz przeniesienie c z poprzedniej pozycji pi + qi + ci = fi  ci+1 f = p  q  c c = pq  c(p  q )

16 Sumator – tablice Karnaugh

17 Realizacja z półsumatorów

18 Sumatory Sumator jednobitowy z przeniesieniami
Wykonanie z półsumatorów proste ale powolne Praktycznie realizuje się bezpośrednim układem kombinacyjnym Sumator wielobitowy przez połączenie równoległe z szeregowym przeniesieniem połączenie równoległe z przeniesieniem równoległym

19 Sumator równoległy z szeregowym przeniesieniem

20 Sumator równoległy z przeniesieniem równoległym

21 Blok generacji przeniesień
Układ kombinacyjny działa tylko na podstawie danych wejściowych P i Q Tworzy wektor przeniesień C ci+1 = piqi  ci (pi  qi ) Realizacja praktyczna – układy 74x83 – propagacja przeniesień szeregowa 74x283 – propagacja przeniesień równoległa

22 Sumator 74x283 – symbol i budowa

23 Odejmowanie i dodawanie ze znakiem
Wykorzystanie sumatorów „normalnych” Wcześniejsza konwersja liczby na kod U2 (uzupełnienia do 2) Bit przeniesienia zawiera znak Konwersja przez bramki XOR

24 Sumowanie liczb ze znakiem

25 Sumatory dziesiętne BCD
Wykorzystanie tylko 10 z 16 możliwych stanów Maksymalna wartość liczby wejściowej to 10012 Wynik w zakresie 0 do 19 Dodawanie liczby „6” do wyniku Korekta dla stanów niedozwolonych układem kombinacyjnym i dodatkowym sumatorem

26 Wykrywanie konieczności korekty – tablica Karnaugh

27 Sumator BCD - realizacja

28 Układy ALU Gotowe układy scalone
Realizowanie kilku funkcji (mikrorozkazów) Przykład 74x382 Czas odpowiedzi 7 ns dla wersji „F” Realizowane mikrorozkazy Dodawanie Odejmowanie Suma binarna (OR) Iloczyn binarny (AND) Suma rozłączna (XOR)

29 Układ ALU 74x382

30 Multiplikatory Multiplikatory równoległe – liczby mnożone są równocześnie na wszystkich bitach Zaleta – szybkość Wada – komplikacja Multiplikatory równoległe – jedna z liczb jest podawana równolegle, druga szeregowo Układ sekwencyjny Dłuższy czas realizacji rozkazu

31 Multiplikatory Najprostsza realizacja poprzez pamięć stałą (tabliczka mnożenia) Wymagania: Liczby 8 bitowe M=28 x 8(bitów) = 256x8 = 2048 bitów Liczby 16 bitowe M=216 x 16 (bitów) = 65536x8 = bitów Liczby 32 bitowe M=??? Wada – stosunkowo wolny czas propagacji – dla typowej pamięci ROM 100 ns

32 Multiplikatory - przykład
Prosty układ mnożący w postaci kombinacyjnej Mnożenie liczb binarnych P, Q – 4 bitowe liczby wejściowe P =  pi 2i Q =  qi 2i F = P·Q = ij pi qj 2i+j

33 Multiplikatory - przykład

34 Multiplikatory - przykład
Otrzymujemy 16 iloczynów piqj (iloczyny binarne – czyli bramka AND) Konieczne jest 12 sumatorów jednobitowych Ogólnie multiplikator mnożący liczby m i n bitowe potrzebuje: (m-1)n – sumatorów m·n – bramek AND

35 Multiplikatory - przykład

36 Multiplikatory – realizacje tablicowo sumacyjne
Mieszany – rozkładanie liczby na mniejsze i mnożenie tablicowe oraz sumowanie sum częściowych Przykład P = P1  P2 = P1 2r + P2 Q = Q1  Q2 = Q1 2s + Q2 F = PQ = (P1 2r + P2)(Q1 2s + Q2)

37 Multiplikatory – realizacja (przykład)

38 Multiplikatory – MC14554

39 Multiplikatory – MC14554

40 Pytania i uwagi

41 Zapraszam za tydzień