Prima prova intercorso. Lezione 10 Logica Digitale (4) Dove siamo nel corso. Un quadro della situazione

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1 Prima prova intercorso Lezione Logica Digitale (4) Vittorio carano Architettura Corso di Laurea in Informatica Università degli tudi di alerno Architettura (2324). Vi.ttorio carano Mercoledì 9 Novembre, ore 9, aule C3/C38/D9 AOLUTAMENTE NECEAIA LA PENOTAZIONE truttura esercizi: 9 domande a risposta multipla (con calcoli, se richiesti) 2 punti per la risposta corretta, per risposta sbagliata 3 domande a risposta libera 4 punti per risposta corretta, fino a 2 punti per risposta sbagliata Esercizi di esame saranno svolti nella settimana prossima 2 Un quadro della situazione Dove siamo nel corso Architettura (2324). Vi.ttorio carano Input/Output istema di Interconnessione egistri Central Processing Unit Memoria Principale Unità Aritmetico Logica Interconnessione interna alla CPU Dove siamo progettazione di vari circuiti combinatoriali Dove stiamo andando.. Circuiti sequenziali Perché: per poter progettare semplici parti della memoria interna alla CPU (registri) e della memoria principale Architettura (2324). Vi.ttorio carano Logica digitale Codifica della informazione Logica Digitale Unità Logico Aritmetica (ALU) Memoria Il set delle istruzioni Processore: unità di elaborazione Processore: unità di controllo Processore: pipeline Valutazione delle prestazioni Unità di Controllo 3 4

2 Un ripasso della lezione precedente Circuiti sequenziali Architettura (2324). Vi.ttorio carano I circuiti sequenziali Flipflop tavola caratteristica stabilità comportamento Architettura (2324). Vi.ttorio carano Un circuito combinatorio è un insieme di porte logiche interconnesse il cui output, in ogni istante, è funzione solo dell input cioè non dipende dai precedenti input (o da uno stato interno del circuito = circuito senza memoria) Un circuito sequenziale è un insieme di porte logiche interconnesse il cui output dipende non solo dagli input ma anche dallo stato interno (cioè dai precedenti input) 5 6 Flipflop Flipflop (latch( ) Architettura (2324). Vi.ttorio carano emplice circuito sequenziale che: è un dispositivo bistabile può essere in uno di due stati possibili in assenza di input, rimane nello stato in cui si trova (stabilità) una specie di memoria a bit ha due output uno è il complemento dell altro di solito indicati con Q e Q complementato 7 Architettura (2324). Vi.ttorio carano Bistabile: stati e (indicati da Q) Due input e : (sta per et) serve a impostare a lo stato del latch (sta per eset) serve ad impostare a lo stato del latch (azzeramento) feedback (retroazione) Dobbiamo provare: la stabilità il comportamento con e 8

3 Tavola caratteristica del flipflop flop tabilità del flipflop flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale tabilità del flip flop Comportamento con eset Comportamento con et Input non permessi (==) Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve provare che lo stato del flipflop (indicato dalla linea Q) non cambia se sia i segnali di et e di eset sono a zero Necessario provare che sia lo stato Q= che lo stato Q= sono stabili 9 Tavola caratteristica del flipflop flop tabilità del Flipflop () Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale tabilità del flip flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano iano ==Q= L input alla porta NO in basso dà in output viene portato come input alla porta NO in alto Che quindi, mantiene lo stato Q uguale a Lo stato è stabile con e a il flipflop mantiene lo 2 stato

4 Tavola caratteristica del flipflop flop tabilità del Flipflop (2) Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale tabilità del flip flop 3 Architettura (2324). Vi.ttorio carano iano == e Q= L input alla porta NO in basso dà in output viene portato come input alla porta NO in alto Che quindi, mantiene lo stato Q uguale a Lo stato è stabile con e a il flipflop mantiene lo 4 stato Comportamento del flipflop flop Tavola caratteristica del flipflop flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano I segnali di et e eset servono a cambiare lo stato del flipflop Il segnale di eset () indipendentemente dal valore di Q (stato attuale) fa sì che lo stato Q sia Il segnale di et () indipendentemente dal valore di Q (stato attuale) fa sì che lo stato Q sia Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale Comportamento con eset 5 6

5 Comportamento con il eset () Tavola caratteristica del flipflop flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano iano =Q= e = L input alla porta NO in basso dà in output viene portato come input alla porta NO in alto Che quindi, mantiene lo stato Q a Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale Comportamento con eset 7 8 Comportamento con il eset (2) Comportamento con il eset (2) Architettura (2324). Vi.ttorio carano iano =Q= e = L input alla porta NO in basso dà in output Architettura (2324). Vi.ttorio carano X X iano =Q= e = L input alla porta NO in basso dà in output diventa uno e viene portato come input alla porta NO in alto Che quindi, cambia lo stato Q a 9 2

6 Comportamento del flipflop flop Tavola caratteristica del flipflop flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano I segnali di et e eset servono a cambiare lo stato del flipflop Il segnale di eset () indipendentemente dal valore di Q (stato corrente) fa sì che lo stato Q sia Il segnale di et () indipendentemente dal valore di Q (stato corrente) fa sì che lo stato Q sia Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale Comportamento con et 2 22 Comportamento con il et () Tavola caratteristica del flipflop flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano X X iano =Q= e = L input alla porta NO in basso dà in output viene portato come input alla porta NO in alto Che quindi, cambia lo stato Q da a Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale Comportamento con et 23 24

7 Comportamento con il et (2) Tavola caratteristica del flipflop flop Architettura (2324). Vi.ttorio carano iano = e Q== L input alla porta NO in basso dà in output viene portato come input alla porta NO in alto Che quindi, mantiene lo stato Q a Architettura (2324). Vi.ttorio carano i deve mostrare la verità di ogni riga della tavola tato attuale tabilità del flip flop Comportamento con eset Comportamento con et Input non permessi (==) Organizzazione della lezione Temporizzazione Architettura (2324). Vi.ttorio carano Flipflop La temporizzazione del flipflop Flipflop tipo D I registri paralleli Architettura (2324). Vi.ttorio carano Necessario considerare il ritardo con cui il flipflop reagisce agli input (raggiungendo uno stato stabile) infatti i segnali di input devono passare diverse volte attraverso le porte prima che si stabilizzi Vediamo un esempio in cui applichiamo un et e poi un di eset ad un flipflop che si trova in stato Q= Il flipflop quindi passa ad uno stato Q= (in risposta al et) e poi a Q= (in risposta al eset) 27 28

8 La temporizzazione: : applichiamo un et.. X X ia =Q=, e quindi Mettiamo =. Q =..ed.ed adesso applichiamo un eset ia =, Q= e quindi X X Mettiamo X =. ia =, Q=, e quindi Mettiamo =. Q = Architettura (2324). Vi.ttorio carano X X X Architettura (2324). Vi.ttorio carano X X 29 3 Flipflop temporizzato Flipflop D Architettura (2324). Vi.ttorio carano Dato il ritardo con cui il flipflop reagisce.... è necessario sincronizzare gli eventi i usa un impulso di clock i cambiamenti avvengono solamente quando il clock è a Architettura (2324). Vi.ttorio carano Un problema con il flipflop l input == deve essere evitato Una soluzione: il flipflop D un unico input che viene dato al flipflop l output del flipflop D è l input precedentemente dato 3 32

9 egistri paralleli truttura di un registro parallelo Architettura (2324). Vi.ttorio carano Circuito usato dalla CPU per memorizzare dati Architettura (2324). Vi.ttorio carano Usa flipflop Usa una linea per abilitare l input scrittura del registro..ed una linea per abilitare l output lettura del registro Linea per azzeramento crittura di un registro parallelo () crittura di un registro parallelo (2) Vogliamo scrivere 74 = 2 Architettura (2324). Vi.ttorio carano Per prima cosa azzeriamo il registro A questo punto tutti i flipflop sono azzerati Architettura (2324). Vi.ttorio carano 35 36

10 crittura di un registro parallelo (3) Lettura di un registro parallelo Architettura (2324). Vi.ttorio carano criviamo 74 = 2 Abilitiamo l input I flipflop ricevono il segnale di et adeguato I flipflop che devono memorizzare hanno stato Q= Architettura (2324). Vi.ttorio carano Abilitiamo l output In output si hanno gli stati dei flipflop Esercizi e problemi () Esercizi e problemi (2) Architettura (2324). Vi.ttorio carano Esercizi Come funziona la linea di azzeramento del registro parallelo? Problemi Perché nel registro parallelo è comodo usare flipflop invece che flipflop di tipo D? Come sarebbe un registro parallelo con flipflop di tipo D? Architettura (2324). Vi.ttorio carano Consideriamo la modifica al Flipflop di tipo D che consiste nell usare il clock in AND con il segnale D e poi con l uso della porta NOT (scambiando quindi di posto le porte AND del clock ed il NOT). Funziona? E perché? 39 4