Fondamenti di Informatica/8 Gianni CONTE LIVELLO RTL

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1 FONDAMENTI DI INFORMATICA Lezone n. 8 DESCRIZIONE LIVELLO REGISTRO REGISTER TRANSFER LEVEL (RTL) I MODULI BASE RTL STRUTTURE DI INTERCONNESSIONE DESCRIZIONE E PROGETTO A LIVELLO RTL In questa lezone sono presentate le caratterstche e modul prmtv del lvello a trasfermento fra regstr (RTL). Quest modul corrspondono a element fsc dsponbl sa nella progettazone dscreta sa n quella VLSI. S dscutono le strutture d nterconnessone che hanno un ruolo estremamente mportante nelle prestazon de sstem d elaborazone 1 / 21 LIVELLO RTL E' mmedatamente superore al lvello logco nella gerarcha d anals d un sstema d elaborazone. Le nformazon bnare sono raggruppate n modo da formare parole o word o vettor. I component prmtv sono crcut sequenzal o combnator progettat per elaborare o mmagazznare parole. I component a lvello regstro sono (o sono stat) blocch elementar ntegrat MSI. 2 / 21 1

2 Non esstono smbol adottat unversalmente per crcut a lvello d regstro. Lo schema n fgura rappresenta un modulo generco a lvello RTL. LIVELLO RTL Questa rappresentazone non è codfcata, ma quando s rappresenta un modulo RTL, s fa rfermento a modell d questo tpo. Negl ultm ann sono stat ntrodott lnguagg d descrzone dell HW a lvello logco, RTL e funzonale. 3 / 21 MODULO Porte generalzzate Multplexers Codfcator e decodfcator Matrc logche Modul artmetc Regstr a scorrmento Contator LIVELLO RTL FUNZIONE Operazon booleane Instradamento dat Verfca e conversone d codc Funzon booleane complesse Operazon numerche ( sommator, ALU,) Conversone sere-parallelo o parallelo-sere. Memorzzazone Controllo e generazone d temporzzazon 4 / 21 M o d u l c o m b n a t o r M o d u l s e q u e n z a l 2

3 OPERAZIONI SU PAROLE Operazone booleana su parole (vettor d bt): z( X z( x 0 0,0, X 1,..., X n 1) =,..., x ),..., z( x n 1,0 Con n=2, z NAND, OR... 0, m 1,..., x n 1, m 1 ). Operazon con scalar yx y + = X ( yx = 0 ( y, yx,..., yx + 1 x, y 0 + m 1 ) x,..., y 1 + x m 1 ) 5 / 21 MULTIPLEXER Selezona uno fra pù dat d ngresso e l nva verso una destnazone comune. I dat n ngresso sono vettor d bt. Multplexera n-ngress d m-bt 6 / 21 3

4 REALIZZAZIONE DI MULTIPLEXER Espansone a lvello logco d un multplexera 2 ngress e 4 bt. 7 / 21 USO DEI MULTIPLEXER Con sol multplexer è possble realzzare una qualunque funzone booleana. Per una funzone d n varabl è necessaro un multplexer con: 2 n ngress da 1 bt. n ngress per la selezone codfcata. Agl ngress del multplexer vengono post valor assunt dalla funzone per le vare combnazon delle varabl d ngresso della funzone stessa. Le varabl della funzone sono post agl ngress d selezone. 8 / 21 4

5 USO DEI MULTIPLEXER E' possble realzzare k funzon d 3 varabl con 7 multplexer a 2 ngress d k bt. 9 / 21 DECODIFICATORE Un decodfcatore o decoder o demultplexerè un crcuto combnatoro che: pone ad 1 una e solo una delle 2 n varabl d uscta. la varable è scelta n funzone del valore degl ngress (n). Esempo con n=2 10 / 21 5

6 MATRICI LOGICHE Crcut combnator a due lvell con struttura topologca ordnata. Le funzon logche specfche sono programmate a partre da una struttura Hardware preesstente. Matrc logche programmabl (PLA) dal costruttore o dall utlzzatore. 11 / 21 ELEMENTI ARITMETICI Sono gl element combnator pù compless. Esemp: Sommatore parallelo Comparatore 12 / 21 6

7 LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELLO HW La descrzone dell HW medante schem non ha prodotto tecnche formal standardzzate d uso generalzzato. S sono nvece affermat lnguagg d descrzone dell HW che dervano da lnguagg d programmazone ad alto lvello qual ADA o C. I pù affermat lnguagg d questo tpo sono: VERILOG - orgn ndustral, derva da C. VHDL - VHSIC (Very Hgh Speed IC) Hardware Descrpton Language, derva da ADA, promosso dal DoD. Quest lnguagg sono tpcamente utlzzat ne process d progettazone che utlzzano tecnche automatche (CAD). 13 / 21 ELEMENTI DI MEMORIA Gl element d memora a lvello RTL sono regstr. I regstr sono costtut da element d memora (FLIP-FLOP) collegat per memorzzare e operare su nsem d bt. ngress Inseme d Flp- Flop d tpo D che realzza un regstro con ngresso e uscta parallel. x0 x1 x2 x3 z0 z1 z2 z3 uscte 14 / 21 7

8 REGISTRI A SCORRIMENTO Ingresso serale e uscta serale. ngresso uscta I Flp-Flop sono conness n modo che bt possano trasferrs ordnatamente da un elemento a quello adacente. Il trasfermento avvene ad ogn colpo d clock. 15 / 21 REGISTRO GENERALIZZATO Svolge le seguent funzon: Ingresso parallelo Abltazone scorrmento Ingresso serale Scorrmento a destra Uscta parallela Scorrmento a snstra Uscta serale 16 / 21 8

9 CONTATORI Contatore asncrono I contator sono modul che hanno come solo ngresso l segnale d clock. Lo stato nterno del sstema evolve ponendo sulle uscte la sequenza de codc desderata. Utlzzo: Generator d sequenze, Dvsor d frequenza. 17 / 21 STRUTTURE DI INTERCONNESSIONE Le strutture d nterconnessone collegano modul che devono scambars nformazon. In un sstema d calcolo le prestazon, l affdabltà e l costo delle nterconnesson hanno un ruolo fondamentale. Tpo: la connessone può essere d tpo sere (un solo flo) o parallelo (pù connesson fsche). Prestazon: s msurano n (M,K)bytes o (M,K)bt al secondo trasfert. Affdabltà: dpende prncpalmente dal connettore. Costo: legato al tpo d connessone e alla standardzzazone. 18 / 21 9

10 BUS Internamente ad un sstema dgtale la prncpale struttura d nterconnessone è l BUS. Il BUS è un nseme d conduttor che trasferscono le nformazon da un elemento sorgente a un elemento destnazone. BUS dedcato. Collega n modo esclusvo due modul. BUS condvso. Collega tra loro pù modul. Collegament fra element dvers avvengono n temp dvers (tme multplexng). 19 / 21 BUS DEDICATI La connessone completa d N modul rchede N(N-1) bus dedcat. Il sstema d nterconnessone consente d effettuare contemporaneamente pù operazon d trasfermento d dat. 20 / 21 10

11 BUS CONDIVISI Mnor cost, struttura modulare. Prestazon nferor rspetto a bus dedcat. L'uso d una struttura d nterconnessone condvsa e standardzzata è stato un aspetto crucale nella evoluzone de modern sstem d elaborazone. La realzzazone d sstem modular n grado d essere confgurat a pacere a partre da element dsponbl sul mercato consente d rdurre d molto cost de sstem complet. 21 / 21 11