SISTEMI. impostazione SISTEMI. progettazione. Saper utilizzare modelli di circuiti combinatori

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1 E1y - Presentazione del gruppo di lezioni E 1/3- Dove siamo? A SISTEMI impostazione componenti analogici C D E componenti digitali F SISTEMI progettazione E1y - Presentazione del gruppo di lezioni E 2/3- Obiettivi del gruppo di lezioni E Saper utilizzare modelli di circuiti combinatori Conoscere e saper utilizzare i principali circuiti di memoria Conoscere e saper utilizzare contatori e registri Conoscere le basi di utilizzo delle macchine a stati finiti

2 E1y - Presentazione del gruppo di lezioni E 3/3- Organizzazione del gruppo di lezioni E 3 lezioni:! circuiti combinatori! circuiti sequenziali! contatori e registri 1 laboratorio: misure su circuiti sequenziali E1x - Presentazione della lezione E1 1/1- Obiettivi Derivazione di circuiti combinatori a partire dal modello semplificato resistenza-interruttore Calcolo dei tempi di ritardo e dei consumi Modellazione di circuiti logici complessi Cenni a logiche pass-transistor

3 E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 1/8- Modello statico di porta elementare Le porte logiche elementari possono essere modellate con gruppi di Resistenze (R) e Interruttori (SW) Le R possono essere modello di veri e propri resistori. Gli SW modellano ( in modo approssimato) i componenti attivi (MOS, ipolari, etc) non lineari, che si comportano come interruttori. Vin R Vout E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 2/8- Modello dinamico di porte collegate I circuiti logici pilotati sono assimilabili a gruppi RC DRIVER R RECEIVER Vin Ci Ri Solitamente la Ri e molto elevata, tanto da poterla considerare trascurabile rispetto alla capacita Ci

4 E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 3/8- Dinamica della transizione 0-->1 Supponiamo che il carico sia puramente capacitivo. Durante la commutazione 0"1, la corrente Ic scorre dall alimentazione verso il carico, attraverso la R. Il tempo di salita vale: Vin tr = 2.2 (R Ci) L energia fornit da vale: E = Ci 2 R Ci Ic Meta dell energia è dissipata su R e meta immagazzinata in Ci E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 4/8- Dinamica della transizione 1-->0 Durante la commutazione 1"0, la corrente Ic scorre dal C verso massa, attraverso lo SW. Il tempo di discesa vale tf = 2.2 (Rsw Ci) R//Rsw ~ Rsw L energia in gioco vale: E = Ci 2 Vin R Rsw Ic Ci L energia immagazzinata in Ci è dissipata su R

5 E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 5/8- Consumo statico Oltre alla potenza dissipata R durante la commutazione, la topologia R-SW prevede un consumo STATICO di POTENZA Icc quando l uscita e a 0 Ps = Icc Rsw ovvero Ps = / (R + RSW) 2 La potenza statica e del tutto inutile per il funzionamento del dispositivo logico. Si usano i circuiti R-SW solo quando: " tecnologicamente conviene " non se ne puo fare a meno " il consumo di potenza non e fondamentale Ci E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 6/8- Funzione NOR IN1 IN2 INn Out i calcoli della potenza dissipata e del ritardo sono gli stessi dell inverter, tenendo presente che la Rsw può essere il parallelo di alcune Rsw OUT = IN1 + IN INn

6 E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 7/8- Funzione NAND Out i calcoli della potenza dissipata e del ritardo sono gli stessi dell inverter, tenendo presente che la Rsw = serie di Rsw IN1 IN2 INn OUT = IN1 * IN2.. *... INn E1a CIRCUITI COMINATORI (mod.sw) 8/8- Funzione varia OUT = C + ( A * ) A C Out Dimostrare che la funzione realizzata è quella sopra riportata. Calcolare tf e tr nelle diverse configurazioni degli ingressi (Tutte le resistenze degli SW chiusi sono uguali a Rsw )

7 E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 1/7- Introduzione Il problema delle logiche R-SW e il consumo statico di potenza allo zero logico di uscita. Quando e tecnologicamente possibile, si utilizzano logiche SW-SW. IN chiuso con ingresso 0 OUT chiuso con ingresso 1 E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 2/7- Introduzione Non hanno consumo statico di potenza : non esiste un percorso conduttivo tra e IN OUT IN OUT

8 E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 3/7- Dinamica della transizione 0-->1 Supponiamo che il carico sia puramente capacitivo. Durante la commutazione 0"1, la corrente Ic scorre dall alimentazione verso il carico, attraverso lo SWup. Il tempo di salita vale: tr = 2.2 (Rswu Ci) L energia fornita da vale: E = Ci 2 e viene distribuita metà su Rswu e metà su Ci Vin Ci Ic Il tempo tr è molto minore del caso R-SW E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 4/7- Dinamica della transizione 1-->0 Durante la commutazione 1"0, la corrente Ic scorre dal C verso massa, attraverso lo SWdown. Il tempo di discesa vale: tf = 2.2 (Rswd Ci) L energia immagazzinata in Ci viene completamente dissipata su Rswd Vin Ci Ic

9 E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 5/7- Funzione NOR OUT = IN1 + IN INn IN1 IN2 INn Out IN1 IN2 INn E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 6/7- Funzione NAND IN1 IN2 INn Out IN1 IN2 INn OUT = IN1 * IN2.. *... INn

10 E1b CIRCUITI COMINATORI (mod.sw-sw) 7/7- Funzione varia A OUT = C + ( A * ) A C Out Dimostrare che la funzione realizzata è quella sopra riportata. Calcolare tf e tr nelle diverse configurazioni degli ingressi (Tutte le resistenze degli SW chiusi sono uguali a Rsw ) C E1c HALF-ADDER 1/2- Enunciato esercizio Ricavare il circuito che esegue la somma binaria di due bit (HALF ADDER) ingressi: A, uscite: SUM, CARRY funzioni: SUM = A xor, CARRY = A and

11 E1c FULL-ADDER 2/2- Enunciato esercizio Ricavare il circuito che esegue la somma binaria di due bit e un CARRY (FULL ADDER) ingressi: A,, CARRY_IN uscite: SUM, CARRY_OUT funzioni: SUM = A xor xor CARRY_IN, CARRY_OUT = (A and ) or (A and CARRY_IN) or ( and CARRY_IN) Come si puo realizzare un FULL ADDER utilizzando solo degli HALF ADDER? E1d LOGICHE A PASS-TRANSISTOR 1/1- Cenni funzioni logiche possono essere realizzate anche utilizzando gli interruttori in serie al segnale MULTIPLEXER : EXOR : A OUT = A S + S OUT = A xor S A

12 E1e PORTE ASE COMINATORIE 1/1- elenco simboli OR NOR AND NAND NOT XOR XOR