SISTEMI DIGITALI COMPLESSI

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1 SISTEMI DIGITALI COMPLESSI dati d'ingresso SCA (slave) dati di uscita X TASK o comandi condizioni esterne SCO (master) comandi all'esterno Sistema digitale complesso suddiviso in SCO-SCA Il procedimento di sintesi di un sistema digitale, può essere suddiviso nei seguenti passi: 1. Specifica del problema. 2. Individuazione di un algoritmo di soluzione. 3. Progetto di un SCA atto a supportare l algoritmo. 4. Definizione di un SCO che implementa l algoritmo. 5. Valutazione del sistema: se le prestazioni rispondono alle specifiche del problema si passa al punto 6. Altrimenti si verifica se è possibile definire un altro SCA: in caso positivo si modifica il SCA e si torna al punto 4; se no, si passa al punto Sintesi del sistema e verifica del corretto funzionamento.

2 Sottosistema di Calcolo (SCA) Registri, segnali e operazioni D Q CK EN Cella di un registro Un registro viene indicato con R, il suo contenuto con (R). A B a n-1 a 0 b n-1 b 0 en ck Trasferimento dati tra due registri

3 Operazioni tra dati contenuti in registri OR A, B: (A)» (B) = Y somma logica bit a bit esempio: (0110)» (1100) = 1110 AND A, B: (A) «(B) = Y prodotto logico bit a bit esempio: (0110) «(1100) = 0100 NOT A: (A) = Y complementazione dei bit esempio: (0110) = 1001 EXOR A, B: (A) (B) = Y or esclusivo bit a bit esempio: (0110) (1100) = 1010 ADD A, B: (A) + (B) = Y somma aritmetica esempio: (0110) + (1100) = 0010 SUB A, B: (A) - (B) = Y sottrazione esempio: (0110) - (1100) = 1010 SR A, k: shift right (scalamento a destra) di k posizioni a i Æ a i-k i = n-1,..., k 0 Æ a h h = n-1,..., k SL A, k: shift left (scalamento a sinistra) di k posizioni a i Æ a i+k i = 0, 1,..., n-k 0 Æ a h h = 0, 1,..., n-k RR A, k: rotate right (rotazione a destra) di k posizioni a i Æ a i-k i = n-1,..., k a h Æ a n-k+h h =0, 1,..., k-1 RL A, k: rotate left (rotazione a sinistra) di k posizioni a i Æ a (i+k)mod n i = 0, 1,..., n INC A, k: DEC A, k: (A) + k ÆA (A) - k Æ A EXCH A, B: (B) Æ A (A) Æ B

4 Interconnessione registri-circuiti di calcolo R 1 R 2 R 3 R 4 MUX MUX MUX MUX MUX A S L A,S,L: circuiti combinatori che eseguono le operazioni Esempio di interconnessione tra registri e circuiti di calcolo dall'esterno MUX MUX MUX MUX R 1 R 2 R 3 R 4 MUX MUX MUX MUX MUX A S L Interconnessione tra registri e circuiti di calcolo

5 B1 B1 B2 B2... Bn Bn Wt1 TEMP1 TEMP2 Wt2 R1 R2... Rn ALU shifter W1 W2 Wn B B BA SR BS singola linea linee multiple Interconnessione tra registri e circuiti di calcolo tramite bus

6 R0 AND AND R1 AND AND decoder R7 AND AND R M W M Organizzazione vettoriale dei registri ld R1 R2 R3 R4 d e c o d e r op address TEMP ALU TEMP op S en en ld ld Interconnessione a bus tra registri e circuiti di calcolo

7 Esempio di interconnessione con tre bus

8 Sottosistema di Controllo (SCO) La microprogrammazione X Y d w Z Y' CK Rappresentazione Algorithm State Machine Implementazione di d e w tramite ROM } = microprogrammazione

9 Modello di Mealy s i 1 case i m T 1 T m d 1 d m Modulo elementare della rappresentazione ASM per macchine di tipo Mealy La corrispondente microistruzione ha un formato del tipo: m i : C 1 (T 1,m i1 ), C 2 (T 2,m i2 ),..., C m (T m, m im ) dove C 1, C 2,..., C m (m 2 k, k = n) sono le condizioni derivanti dalle variabili di decisione x 1, x 2,..., x n ; T 1, T 2,..., T m sono le corrispondenti azioni da effettuare; m i1, m i2,...,m im le microistruzioni successive a m i.

10 SEL SS TASK Struttura della parola di ROM nel caso di modello di Mealy registro SEL X circuito di selezione X' ROM SEL R ck TASK Y' (SS) R ck Y (stato attuale) registro di stato Struttura del SCO nel caso di modello di Mealy X4 X3 X2 X1 X2' X1' Esempio di circuito di mascheramento non codificato

11 Modello di Moore s / T case i 1 i m d 1 / T 1 d m / T m Modulo elementare della rappresentazione ASM per macchine di tipo Moore La corrispondente microistruzione ha un formato del tipo: m i : T i ; C 1 (m i1 ), C 2 (m i2 ),..., C m (m im ) dove C 1, C 2,..., C m (m 2 k, k = n) sono le condizioni derivanti dalle variabili di decisione x 1,..., x n ; T i è l azione da effettuare; m i1,.., m im le microistruzioni successive a m i. SS 1 SS 2... SS m SEL TASK Parola di ROM nel caso di modello di Moore

12 TASK ROM SEL SS1 SS SS m multiplexer Y' R Y X' circuito di selezione ck X Struttura del SCO nel caso di modello di Moore

13 Sistemi multifase i X1 1 TASK i 0 i+1 TASK i+1 j X2 0 TASK j 1 j+1 TASK j+1 1 X3 0 Frammento di sequenza di controllo X1 1 0 i TASK i TASK i+1 j TASK j X2 0 1 TASK j+1 1 X3 0 Compressione del frammento di sequenza di controllo

14 j 1 j 2 T 11 T 12 SCO T k1 SCA T k2 Temporizzazione di due task per microistruzione

15 Controllo per strutture Pipeline. TASK1 TASK2 TASKN X 1 X2 X 3 X N Y ck Sistemi di calcolo a task fisso nel tempo TASK1 (KT) TASK2 ((K-1)T) TASKN (K-N+1)T) X 1 X2 X 3 X N Y ck Sistemi di calcolo a task variabile nel tempo

16 ck X 1 X 2 X 3 TASK1-1 TASK1-2 TASK1-3 TASK2-1 TASK2-2 TASK3-1 X j X N Y Temporizzazione di una catena pipeline TASK1(K) TASK1(K-1) SCO TASK2(K) TASK2(K-1) TASK2(K-2) TASK3(K) TASK3(K-1) TASK3(K-2) TASK3(K-3) CK Architettura SCO per generare TASK sfasati nel tempo