Комбинационные цифровые устройства. Шифратор и дешифратор.

Типы цифровых устройств. Определение принадлежности устройства к первому или второму типу. Примеры устройств относящихся к первому и второму типу.

Эти устройства работают на 2х уровнях напряжения 0 и 1. Все устройства должны иметь схемы (логические элементы) где информация хранится, преобразуется и направляется. 2 типа схем: а) преобразования без учета предыдущего состояния (сумматоры, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры), б)запоминающие, преобразующие с учетом предыдущего состояния (триггеры, счетчики, регистры) Все цифровые устройства делятся на 2 больших класса: КЦУ и конечные автоматы.

 

Все цифровые устройства делятся на 2 основных класса:
А. комбинационные цифровые устройства (КЦУ)

Б. конечные автоматы

 

КЦУ-устройства не содержащие в своей структуре обратной связи. В каждый момент времени состояние выхода зависит только от входного воздействия. Устройства этого класса служат для преобразования информации и коммутации.

К таким устройствам относятся:

Сумматоры

Шифраторы и дешифраторы

А также различные кодопреобразователи

Коммутационные КЦУ- мультиплексоры и демультиплексоры

 

Конечные автоматы- устройства содержащие в своей структуре обратную связь, в каждый момент времени состояние выходов зависит и от входных воздействий, и от предыдущих состояний выходов.

КА служат для хранения информации и её преобразования с учетом предыдущих состояний.

К устройствам этого класса относят: Триггеры и все устройства, построенные на основе триггерной системы (счетчики, регистры)

 

Комбинационные цифровые устройства. Шифратор и дешифратор.

КЦУ это устройства не содержащие в своей структуре обратной связи, т.о. в каждый момент времени состояние выходов такого устройства зависит только от входного воздействия. КЦУ служит для преобразования информации и коммутации.

К кодопреобразующим КЦУ относятся шифратор, дешифратор, различные типы кодопреобразователей, коммутационные КЦУ: (де)мультиплексор. Синтез КЦУ начинается с технического задания (определение функционирования), по заданию записываются таблицы функционирования и при необходимости логические уравнения, описывающие уравнения устройства. Для кодопреобразователя синтез производится аналогично рассмотренным устройствам(составляется таблица переключений, для каждого выхода записывается логическое уравнение относительно входов).

Дешифратор – устройство определяющее направление по поступившему на входы адресы. В каждый момент времени активный уровень может появиться только на одном выходе устройства, индекс выхода при этом совпадает с двоичным кодом поступившим на вход адреса.

 

Шифратор –устройство, определяющее адрес направления, по которому поступил запрос. В каждый момент времени в таком устройстве активный сигнал может быть только на одном входе. В противном случае состояние выходов не определено. Для шифратора с количеством входов направлений N и количеством адресных выходов M соотношение M = log2N

 

 

Комбинационные цифровые устройства. Мультиплексор и демультиплексор.

Мультиплексор – это устройство, коммутирующее на единственный выход тот из входов данных, адрес которого указан на адресных входах.

 

Для n адресных входов и m входов данных соотношение m=2n (m<2n).

Функция выхода:

Do = nA1 & nA0 & Di0 \/ nA1 & A0 & Di1 \/ A1 & nA0 & Di2 \/ A1 & A0 & Di3;

Демультиплексор - это устройство, коммутирующее единственный вход данных с тем из выходов данных, адрес которого указан на адресных входах.

Соотношение между m и n аналогично соотношению для мультиплексора.

 

Универсальный коммутатор. Устройство, связывающее единственный регистр с одним из нескольких, имеющих адреса. Может функционировать как мультиплексор или как демультиплексор в зависимости от ситуации. Адресные входы включены в дешифратор, управляющий ключами направлений.

Регистры. Классификация.

Регистры – конечные автоматы, служащие для сдвига информации (последовательные регистры) и для хранения информации (параллельные регистры).

используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Последовательный регистр имеет вход данных и один выход данных.

Параллельный регистр имеет количество входов и выходов данных, обеспечивающих разрядность подключенной шины.

 

Комбинирован

Общая структура CPLD.

Первый класс, CPLD, имеет структуру логического блока, представленную устройством ПМЛ (программируемой матричной логики) с параметрами для кристаллов фирмы Altera 36x80x16. Т.е. блок содержит 36 входов, 80 термов (элементов И) и 16 выходов (элементов ИЛИ).

Матрица ИЛИ для ПМЛ связана, поэтому логический блок состоит из 16 макроячеек, в каждой из которых в элемент ИЛИ возможно подключение 5 термов. Для увеличения количества термов, включаемых в ИЛИ, в структуре блока содержится параллельный логический расширитель, для расширения состава терма служит разделяемый логический расширитель, подключающий инверсный выход 5 терма каждой макроячейки для доступа всем термам своего логического блока. Для сохранения информации предыдущего такта в состав макроячейки входит триггер.

Система межсоединений CPLD представлена программируемой матрицей соединений, позволяющей соединить любую макроячейку с кристалла с другой, в котором из логических блоков она бы ни находилась. Такая структура строится по принципу программируемой логической матрицы (ПЛМ), матрица ИЛИ в которой полнодоступна. Система межсоединений, построенная на основе гибкой логики, позволяет предсказать задержки в схеме.

 

Структура макроячейки CPLD.

Каждая МЯ содержит 1 триггер (для хранения предыдущего состояния функции). Максимальное количество логических блоков для таких структур-16. ПМС соединенный имеет структуры ПЛМ, таким образом каждая МЯ м.б. соединена с другой. Каждому из 36 выходов ПМС могут быть подсоединены как глобальные линии (синхронизация, сброс, установка буфера), так и локальные, идущие от внешних входов и выходов МЯ, представляющие собой промежуточные входы блоков.

 

Принципы построения вентильных матриц (GA). Общая классификация.

Вентиль – простейший базовый логический элемент И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Эквивалентный вентиль – то количество переходов, из которых можно составить базовый логический элемент.

Внутренняя часть такого кристалла представляет собой матрицу логических блоков.

ЛБ для простейших схем вентильных матриц – это выделенное пространство переходов на основе которых строится узел схемы.

ЛБ объединяются между собой через линии каналов.

В первых вариантах вентильных матриц пытались внедрить бесканальную

структуру, т.е. соединение логических блоков через свободные переходы на границах

блоков. Однако такая структура не выносит работу на высоких частотах. Каналы

также служат для отвода тепла.

 

29. (28) Структура логических блоков FPGA.

Для FPGA первых двух поколений ЛБ разделились по структуре «зерна»: структура мелкого зерна повторяла структуру вентильной матрицы (ЛБ на основе цепочек логических элементов).

Структура среднего зерна строилась на основе мультиплексоров. Структура среднего зерна базируется на запоминающих устройствах из 16-ти ячеек, которые носят название LUT (Look Up Tables).

Она выглядит так:

Основные недостатки первых 2х поколений это неопределенность задержки на каналах и жесткость конструкции ЛБ

Типы цифровых устройств. Определение принадлежности устройства к первому или второму типу. Примеры устройств относящихся к первому и второму типу.

Эти устройства работают на 2х уровнях напряжения 0 и 1. Все устройства должны иметь схемы (логические элементы) где информация хранится, преобразуется и направляется. 2 типа схем: а) преобразования без учета предыдущего состояния (сумматоры, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры), б)запоминающие, преобразующие с учетом предыдущего состояния (триггеры, счетчики, регистры) Все цифровые устройства делятся на 2 больших класса: КЦУ и конечные автоматы.

 

Все цифровые устройства делятся на 2 основных класса:
А. комбинационные цифровые устройства (КЦУ)

Б. конечные автоматы

 

КЦУ-устройства не содержащие в своей структуре обратной связи. В каждый момент времени состояние выхода зависит только от входного воздействия. Устройства этого класса служат для преобразования информации и коммутации.

К таким устройствам относятся:

Сумматоры

Шифраторы и дешифраторы

А также различные кодопреобразователи

Коммутационные КЦУ- мультиплексоры и демультиплексоры

 

Конечные автоматы- устройства содержащие в своей структуре обратную связь, в каждый момент времени состояние выходов зависит и от входных воздействий, и от предыдущих состояний выходов.

КА служат для хранения информации и её преобразования с учетом предыдущих состояний.

К устройствам этого класса относят: Триггеры и все устройства, построенные на основе триггерной системы (счетчики, регистры)

 

Комбинационные цифровые устройства. Шифратор и дешифратор.

КЦУ это устройства не содержащие в своей структуре обратной связи, т.о. в каждый момент времени состояние выходов такого устройства зависит только от входного воздействия. КЦУ служит для преобразования информации и коммутации.

К кодопреобразующим КЦУ относятся шифратор, дешифратор, различные типы кодопреобразователей, коммутационные КЦУ: (де)мультиплексор. Синтез КЦУ начинается с технического задания (определение функционирования), по заданию записываются таблицы функционирования и при необходимости логические уравнения, описывающие уравнения устройства. Для кодопреобразователя синтез производится аналогично рассмотренным устройствам(составляется таблица переключений, для каждого выхода записывается логическое уравнение относительно входов).

Дешифратор – устройство определяющее направление по поступившему на входы адресы. В каждый момент времени активный уровень может появиться только на одном выходе устройства, индекс выхода при этом совпадает с двоичным кодом поступившим на вход адреса.

 

Шифратор –устройство, определяющее адрес направления, по которому поступил запрос. В каждый момент времени в таком устройстве активный сигнал может быть только на одном входе. В противном случае состояние выходов не определено. Для шифратора с количеством входов направлений N и количеством адресных выходов M соотношение M = log2N