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

Átírás

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

2 Kombinációs hálózatok tervezése A logikai értékek és műveletek Két-értékes rendszerek: Állítások: IGAZ, HAMIS Bináris számrendszer: 1, 0 Kapcsolók: BEKAPCSOLVA, MEGSZAKÍTVA 2

3 Kombinációs hálózatok tervezése A kapcsoló algebra azonosságai 3

4 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

5 Multiplexerek, demultiplexerek 5

6 Logikai függvények megvalósítása bit-szervezésű multiplexerekkel 6

7 Bővítés a bemenetek számának növelésére 7

8 Bővítés sínek közötti választás céljából 8

9 A multiplexerek felépítése 9

10 A multiplexer, mint programozható logikai hálózat A EXOR függvény megvalósítása 4-1 multiplexerrel 10

11 Demultiplexerek A demultiplexer, mint dekóder 11

12 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

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

14 Szintvezérelt regiszter ponált és negált beírójelekkel 14

15 Élvezérelt regiszter Az átlátszóság a G jel felfutásának idejére szűkül! Igen sok előny származik ebből. 15

16 A soros memóriák alapeleme Ez egy két bemenetről beírható élvezérelt D-MS flip-flop, a bemeneten 2-1 multiplexerrel. 16

17 Nyitott, párhuzamosan is betölthető soros elérésű memória-sor (SHIFT-regiszter) 17

18 Bit-szervezésű, sorosan rátölthető, párhuzamosan is betölthető soros elérésű memória 18

19 Szószervezésű memóriák (1), sorosan rátölthető soros elérésű memória 19

20 Szószervezésű soros memóriák (2) FIFO memóriák (First In First Out) 20

21 Szószervezésű soros memóriák (3) LIFO memóriák (Last In First Out) LIFO memóriaelem LIFO sor 21

22 Párhuzamos hozzáférésű memóriák (RAM) (1) RAM alapcella felépítése 22

23 Párhuzamos hozzáférésű memóriák (RAM) (2) Bit szervezésű RAM hálózat 23

24 1-bites komparátor 24

25 4-bites komparátor összeállítása 25

26 Összeadók. Az 1-bites összeadó (1) A teljes összeadó szimbóluma A B Ci S Co Igazságtábla 26

27 Összeadók. Az 1-bites összeadó (2) S ( A B) C C C o o AB BC ( A B) C i i i AC i AB (1) (2) 27

28 Soros átvitelképzésű bit-vektor összeadó 28

29 29 Párhuzamos átvitelképzésű bit-vektor összeadó Összetett digitális egységek k k o k k k ik k k ok k o k ik k k k k k k k k k G P C B A C B A C C P C B A S B A G B A P 1) ( 1) ( ) ( ) (

30 Kivonás? 30

31 Kivonás kettes komplemens kódban Vegyük a kivonandó kettes komplemensét, és a kissebítendőhöz adjuk hozzá! 31

32 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

33 A kettes komplemens előállítása 1. lépés : bitenkénti negálás (egyes komplemens) 2. lépés : hozzáadása az egyes komplemenshez Példa: pozitív szám, abszolút értéke 5, ez tehát a (+5) kettes komplemens kóddal Ennek 2-es komplemense -5 kell hogy legyen: 1-es komplemens : es komplemens : Próba : (1)

34 Kivonók megvalósítása (1), kettes-komplemens képző egységek Kettes-komplemens képző egység Vezérelhető kettes-komplemens képző egység 34

35 Kivonók megvalósítása (2) Abszolút érték-képző egység Kivonás mikroprocesszorok aritmetikai egységében 35

36 Szorzók. 4-bites array-szorzó 36

37 8-bites szorzó 4-bites egységekből 37

38 Számlálók. A J-K MS tároló, mint a számlálók alapeleme. A kettes osztó funkció 38

39 Szinkron számlálók általános séma Prioritási rend a vezérlők között: R, L, E mod 16 (4-bites) számláló 39

40 Adott modulusú számláló átalakítása más modulusúvá m < m 40

41 Számláló nullától különböző kezdő értékének beállítása 41

42 Modulo-256-os számláló mod-16 számlálókból 42

43 CÉLARCHITEKTÚRA SZINKRON SORRENDI HÁLÓZATOK SZÁMLÁLÓS MEGVALÓSÍTÁSÁRA 43

44 Aszinkron számlálók Kettes osztók kaszkádja 44

45 Aszinkron számlálók kaszkádja. Mod-256 mod-16 aszinkron számlálókkal 45

46 Vezérlők: A digitális egység felbontása adat- és vezérlő-alegységre 46

47 Számláló-típusú vezérlők A struktúra hazárdmentes vezérlés 47

48 Példa számláló típusú vezérlő egység tervezésére folyamat-ábra állapotgráf és vezérlési akciók 48

49 A MOSFET struktúrája (a) és szimbólumai (b, c ) 49

50 MOSFET technológiák planár FET FinFET 50

51 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

52 Duális ágú CMOS kapuk LAYOUT szintézise (1) Az Y = (A B ) függvény megvalósítása duális ágakkal 52

53 Duális ágú CMOS kapuk LAYOUT szintézise (2) Az Y = ( A B + C) függvény megvalósítása duális ágakkal 53

54 A HC(T)7474 D-MS flip-flop funkciótáblázata 54

55 A HC(T)173 4-bites, törölhető, három-állapotú, felfutóélre beírható regiszter kvázi-igazságtáblája 55

56 NOR és NAND flash memóriák (1) 56

57 NOR és NAND flash memóriák (2) 57

58 NOR és NAND flash memóriák (3) 58

59 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