Digitális hálózatok: Digitális hálózati elemek struktúrális felépítése, CMOS alkalmazástechnika. Somogyi Miklós

Digitális hálózatok: Digitális hálózati elemek struktúrális felépítése, CMOS alkalmazástechnika Somogyi Miklós

Kombinációs hálózatok tervezése

Széchenyi István Egyetem

A logikai értékek és műveletek Két-értékes rendszerek: Állítások: IGAZ, HAMIS Bináris számrendszer: 1, 0 Kapcsolók: BEKAPCSOLVA, MEGSZAKÍTVA

2

Kombinációs hálózatok tervezése


A kapcsoló algebra azonosságai

3

Összetett digitális egységek


Az összetett digitális egységek csoportjai

● Multiplexerek, demultiplexerek, amelyek adatút szakaszokat jelölnek ki, a ● Regiszterek, amelyek adatokat tárolnak, és ezek elérését is biztosítják, ● Funkciós egységek, amelyek adatok közötti műveleteket végeznek.

4



Multiplexerek, demultiplexerek

5



Logikai függvények megvalósítása bit-szervezésű multiplexerekkel

6



Bővítés a bemenetek számának növelésére

7



Bővítés sínek közötti választás céljából

8



A multiplexerek felépítése

9


Összetett digitális egységek A multiplexer, mint programozható logikai hálózat

A EXOR függvény megvalósítása 4-1 multiplexerrel

10



Demultiplexerek

A demultiplexer, mint dekóder

11


Összetett digitális egységek Multiplexerek és demultiplexerek CMOS átvivőkapukkal

CMOS kapcsoló(transmission-gate): egy n- és egy p-csatornás MOS tranzisztor párhuzamosan összekapcsolva:

• A harmadik logikai állapot, a „lebegő” kimenet lehetősége! 12



Szintvezérelt, statikus regiszter

A regiszter a G=1 szint fenállásának idején „átlátszó”, azaz d változásai késleltetve ugyan, de kijutnak a kimenetre. 13



Szintvezérelt regiszter ponált és negált beírójelekkel

14


Összetett digitális egységek Élvezérelt regiszter

Az átlátszóság a G jel felfutásának idejére szűkül! Igen sok előny származik ebből.

15



A soros memóriák alapeleme

Ez egy két bemenetről beírható élvezérelt D-MS flip-flop, a bemeneten 2-1 multiplexerrel.

16



Nyitott, párhuzamosan is betölthető soros elérésű memória-sor (SHIFT-regiszter)

17



Bit-szervezésű, sorosan rátölthető, párhuzamosan is betölthető soros elérésű memória

18



Szószervezésű memóriák (1), sorosan rátölthető soros elérésű memória

19



Szószervezésű soros memóriák (2) • FIFO memóriák (First In First Out)

20


Összetett digitális egységek Szószervezésű soros memóriák (3) • LIFO memóriák (Last In First Out)

LIFO memóriaelem

LIFO sor

21



Párhuzamos hozzáférésű memóriák (RAM) (1)

RAM alapcella felépítése 22



Párhuzamos hozzáférésű memóriák (RAM) (2)

Bit szervezésű RAM hálózat

23



1-bites komparátor

24



4-bites komparátor összeállítása

25


Összetett digitális egységek Összeadók. Az 1-bites összeadó (1)

A teljes összeadó szimbóluma

A 0 0 0 0 1 1 1 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1

Ci 0 1 0 1 0 1 0 1

S 0 1 1 0 1 0 0 1

Co 0 0 0 1 0 1 1 1

Igazságtábla

26



Összeadók. Az 1-bites összeadó (2) S  ( A  B )  Ci Co  A B  B Ci  ACi

(1)

Co  ( A  B ) Ci  A B

(2)

27



Soros átvitelképzésű bit-vektor összeadó

28



Párhuzamos átvitelképzésű bit-vektor összeadó Pk  Ak  Bk Gk  Ak Bk S k  ( Ak  Bk )  C ik  Pk  C o ( k 1) C ok  ( Ak  Bk ) C ik  Ak Bk  Pk C o ( k 1)  Gk

29



Kivonás

? 30



Kivonás kettes komplemens kódban

Vegyük a kivonandó kettes komplemensét, és a kissebítendőhöz adjuk hozzá !

31



A kettes-komplemens kódú számábrázolás A :szám, súlyozott bináris kóddal KK(A) : a szám kettes komplemense, adott szabály szerint előállítva. Egy kettes komplemens kódú szám (-1) szerese a szám kettes komplemense A + KK(A) = 0! A kettes komplemens kód: MSB : előjel (MSB-1) – LSB : számérték ●Ha a szám pozitív , előjele 0, a számérték pedig a szám binárisan súlyozott abszolút értéke ● Ha a szám negatív, előjele 1, és az abszolút érték a kettes komplemens, előállításával határozható meg 32



A kettes komplemens előállítása 1. 2.

lépés : bitenkénti negálás (egyes komplemens) lépés : 000….1 hozzáadása az egyes komplemenshez

Példa: 0 1 0 1 pozitív szám, abszolút értéke 5, ez tehát a (+5) kettes komplemens kóddal Ennek 2-es komplemense -5 kell hogy legyen: 1-es komplemens : 1 0 1 0 2-es komplemens : 1 0 1 1 Próba : 0 1 0 1 +1011 -----------(1)0 0 0 0

33


Összetett digitális egységek Kivonók megvalósítása (1), kettes-komplemens képző egységek

Kettes-komplemens képző egység Vezérelhető kettes-komplemens képző egység 34


Összetett digitális egységek Kivonók megvalósítása (2)

Abszolút érték-képző egység

Kivonás mikroprocesszorok aritmetikai egységében 35



Szorzók. 4-bites array-szorzó

36



8-bites szorzó 4-bites egységekből

37



Számlálók. A J-K MS tároló, mint a számlálók alapeleme. A kettes osztó funkció

38


Összetett digitális egységek Szinkron számlálók

általános séma Prioritási rend a vezérlők között:

mod 16 (4-bites) számláló R, L, E 39



Adott modulusú számláló átalakítása más modulusúvá

m’ < m 40



Számláló nullától különböző kezdő értékének beállítása

41



Modulo-256-os számláló mod-16 számlálókból

42



CÉLARCHITEKTÚRA SZINKRON SORRENDI HÁLÓZATOK SZÁMLÁLÓS MEGVALÓSÍTÁSÁRA

43


Összetett digitális egységek Aszinkron számlálók

Kettes osztók kaszkádja

44



Aszinkron számlálók kaszkádja. Mod-256 mod-16 aszinkron számlálókkal

45



Vezérlők: A digitális egység felbontása adat- és vezérlő-alegységre

46



Számláló-típusú vezérlők

A struktúra hazárdmentes vezérlés 47


Összetett digitális egységek Példa számláló típusú vezérlő egység tervezésére

folyamat-ábra

állapotgráf és vezérlési akciók 48


A MOSFET struktúrája (a) és szimbólumai (b, c )

49


MOSFET technológiák

planár FET

-------------------------------------------------------------------------------------------------

FinFET

50


MOS eszközök, mint kapcsolók: az átvivő kapu (TG)

A TG a modern CMOS technika alapvető eleme, nemcsak digitális áramkörökben, de analóg kapcsolóként is gyakran alkalmazzák. Digitális technikában főleg a CMOS tároló-elemek felépítéséhez használják leginkább. 51


Duális ágú CMOS kapuk LAYOUT szintézise (1)

Az Y = (𝑨 ∗ 𝑩 ) függvény megvalósítása duális ágakkal 52


Duális ágú CMOS kapuk LAYOUT szintézise (2)

Az Y = ( 𝑨 ∗ 𝑩 + 𝑪) függvény megvalósítása duális ágakkal 53


A HC(T)7474 D-MS flip-flop funkciótáblázata

54


A HC(T)173 4-bites, törölhető, három-állapotú, felfutóélre beírható regiszter kvázi-igazságtáblája

55


NOR és NAND flash memóriák (1)

56



57



58


MEMRISZTOR – egy új „dimenzió”

• „emlékező” ellenállás (memory resistor) • az átfolyó áram irányától és erősségétől függően változtatja az ellenállását • „kikapcsolás” után megőrzi ezt az értéket: memória funkció lehetősége • egyszerű kialakítás → sok előny... 59

Digitális hálózatok: Digitális hálózati elemek struktúrális felépítése, CMOS alkalmazástechnika. Somogyi Miklós

Recommend Documents