Repetisjon. Sentrale temaer i kurset som er relevante for eksamen (Eksamen kan inneholde stoff som ikke er nevnt her)

Like dokumenter
Repetisjon digital-teknikk. teknikk,, INF2270

VLSI (Very-Large-Scale-Integrated- Circuits) it Mer enn porter på samme. LSI (Large-Scale-Integrated-Circuits)

IN1020. Sekvensiell Logikk

INF2270. Sekvensiell Logikk

Forelesning 7. Tilstandsmaskin

INF1400. Karnaughdiagram

IN1020. Logiske porter om forenkling til ALU

INF2270. Boolsk Algebra og kombinatorisk logikk

Forelesning 6. Sekvensiell logikk

Oppsummering digital-teknikk, teknikk, INF2270

INF1400. Sekvensiell logikk del 1

Forelesning 3. Karnaughdiagram

INF1400. Digital teknologi. Joakim Myrvoll 2014

INF1400. Sekvensiell logikk del 1

Kapittel 5 Tilstandsmaskin

INF1400. Tilstandsmaskin

INF1400. Tilstandsmaskin

Forelesning 9. Registre, tellere og minne

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning 2. Boolsk algebra og logiske porter

Løsningsforslag INF1400 H04

Hva gikk vi gjennom forrige uke? Omid Mirmotahari 3

INF1400 Kap 02 Boolsk Algebra og Logiske Porter

Dagens temaer. Architecture INF ! Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and

Ferdighetsmål: Kunne forenkle boolske uttrykk Kunne implementere flerinputs-porter med bare 2-inputs porter

Dagens temaer. temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation. av sekvensielle kretser. and Architecture. Tilstandsdiagram.

Dagens temaer. Architecture INF ! Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and. ! Kort repetisjon fra forrige gang

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Sekvensiell logikk. Flip-flop er

Løsningsforslag i digitalteknikkoppgaver INF2270 uke 5 (29/1-4/2 2006)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning 4. Binær adder m.m.

En mengde andre typer som DVD, CD, FPGA, Flash, (E)PROM etc. (Kommer. Hukommelse finnes i mange varianter avhengig av hva de skal brukes til:

Låsekretser (latch er) SR latch bygget med NOR S R latch bygget med NAND D latch. Master-slave D flip-flop JK flip-flop T flip-flop

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG 2006

Dagens tema. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i læreboken. Repetisjon, design av digitale kretser. Kort om 2-komplements form

Dagens temaer. Sekvensiell logikk: Kretser med minne. D-flipflop: Forbedring av RS-latch

INF1400 Kap4rest Kombinatorisk Logikk

Dagens temaer. Dagens temaer er hentet fra P&P kapittel 3. Motivet for å bruke binær representasjon. Boolsk algebra: Definisjoner og regler

Dagens tema. Dagens tema hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Sekvensiell logikk. Flip-flop er. Tellere og registre

Forelesning 5. Diverse komponenter/større system

Datamaskiner og operativsystemer =>Datamaskinorganisering og arkitektur

TFE4101 Krets- og Digitalteknikk Høst 2016

INF1400. Kombinatorisk Logikk

UNIVERSITETET I OSLO

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i læreboken. Oppbygging av flip-flop er og latcher. Kort om 2-komplements form

Forelesning 8. CMOS teknologi

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Kort repetisjon fra forrige gang. Kombinatorisk logikk

INF1400. Kombinatorisk Logikk

UNIVERSITETET I OSLO

Notater: INF2270. Veronika Heimsbakk 10. juni 2014

TFE4101 Krets- og Digitalteknikk Høst 2016

7. Hvilket alternativ (A, B eller C) representerer hexadesimaltallet B737 (16) på oktal form?

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Løsningsforslag til regneøving 6. a) Bruk boolsk algebra til å forkorte følgende uttrykk [1] Fjerner 0 uttrykk, og får: [4]

PENSUM INF1400 H11. Joakim Myrvoll Johansen. Digital Design, M. Morris Mano, 4th edition

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK Fredag 21. mai 2004 Tid. Kl

Teoretisk minnemodell Flyktig minne - SRAM -DRAM Ikke-flyktig minne -ROM -EPROM - EEPROM Flash

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Onsdag 15. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Høgskoleni østfold EKSAMEN. Dato: Eksamenstid: kl til kl. 1200

Digitalstyring sammendrag

EKSAMEN Emnekode: ITD13012

4 kombinatorisk logikk, løsning

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

5 E, B (16) , 1011 (2) Danner grupper a' fire bit , (2) Danner grupper a' tre bit 1 3 6, 5 4 (8)

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

VHDL En kjapp introduksjon VHDL. Oversikt. VHDL versus C(++)/Java

EKSAMEN (Del 1, høsten 2015)

Høgskoleni østfold EKSAMEN. Emnekode: Emne: ITD13012 Datateknikk (deleksamen 1, høstsemesteret) Dato: Eksamenstid: kl til kl.

EKSAMEN I FAG TFE4101 KRETS- OG DIGITALTEKNIKK, LF DIGITALTEKNIKKDELEN AV EKSAMEN (VERSJON 1)

V.17. Sven Åge Eriksen. Referanse:

Emnenavn: Datateknikk. Eksamenstid: 3 timer. Faglærer: Robert Roppestad. består av 5 sider inklusiv denne forsiden, samt 1 vedleggside.

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Onsdag 15. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

NY EKSAMEN Emnekode: ITD13012

INF3340/4340. Synkrone design Tilstandsmaskiner

- - I Aile trykte og skrevne. samt kalkulator

Øving 7: Løsningsforslag (frivillig)

INF3340. Tilstandsmaskiner

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Fredag 25. mai Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag til 1. del av Del - EKSAMEN

EKSAMEN I FAG TFE4101 KRETS- OG DIGITALTEKNIKK

MAX MIN RESET. 7 Data Inn Data Ut. Load

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Lørdag 5. juni Tid kl. 09:00 13:00. Digital sensorveiledning

ITPE2400/DATS2400: Datamaskinarkitektur

Generell informasjon

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

EKSAMEN I FAG TFE4101 KRETS- OG DIGITALTEKNIKK

INF3340/4431. Tilstandsmaskiner

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

EKSAMEN (Del 1, høsten 2014)

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Oppsummering av digitalteknikkdelen

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Oppgave 1 (Flanke- og nivåstyrte vipper)

INF2270. Datamaskin Arkitektur

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Transkript:

Repetisjon Sentrale temaer i kurset som er relevante for eksamen (Eksamen kan inneholde stoff som ikke er nevnt her)

Hovedpunkter Pensumoversikt Gjennomgang av sentrale deler av pensum Div informasjon om eksamen Liten sniktitt på forsiden Eventuelle spørsmål 2

Pensum = Forelesningene. Digital representasjon (binære tall osv) 2. Boolsk algebra (forenkling via regning, postulater) 3. Karnaughdiagram (grafisk verktøy for forenkling) 4. Binær addisjon/subtraksjon (full-bits adder, ALU) 5. Diverse større komponenter (MUX, DEMUX, CPU, osv) 6. Sekvensiell logikk (låsekretser, flip-flopper) 7. Tilstandsmaskiner (analyse og designprosedyre) 8. CMOS teknologi (transistorer og designeksempler) 9. Register, tellere og minne. 3

Transistoren 947 4 Første transistor fra 947. Bell labs. William Shockley Erstattet store og strømkrevende radiorør. Kan fungere som av/på bryter.

NMOS transistoren NMOS (Negative doped Metal Oxide Silicon) En 3 (4) terminals komponent Drain Drain Symbol: Gate Gate Source Source Spenningen på gate bestemmer om transistoren leder strøm mellom drain og source terminalene 5

PMOS transistoren PMOS (Positive doped Metal Oxide Silicon) En 3 (4) terminals-komponent Source Source Symbol: Gate Gate Drain Drain Spenningen på gate bestemmer om transistoren leder strøm i mellom drain og source terminalene 6

CMOS kretser CMOS (Complementary MOS) inverter 5V Gnd n+ n+ p- V n- p+ 5V Vdd p+ x x Metall Sett fra siden x Poly n- V p- x 7 Kontakt fra metall til n+ Sett ovenifra

CMOS NAND-krets A B Både A og B må være 5V for å koble utgangen ned til V A (AB) B 8

CMOS NOR-krets A Det holder at enten A eller B er 5V for å koble utgangen ned til V B (A+B) B A 9

Portforsinkelse Portforsinkelse (propagation delay) er et mål på hvor lang tid det tar før utgangen til en port reagerer på en logisk forandring på inngangen Portforsinkelse skyldes parasittiske kapasitanser i systemet Portforsinkelsen er gitt av driveregenskapene til porten samt hvor stor kapasitans det er på utgangen Kapasitansen på en utgang er vanligvis dominert av kapasistansene til inngangene utgangen er koblet til

Boolske funksjoner Tilordner en binær variabel en verdi bestemt av verdien på en eller flere andre binære variabler Eksempel: F = x + y z Direkte port-implementasjon: y y z

Sannhetstabell En boolsk funksjon kan visualiseres i en sannhetstabell Eksempel: F = x + y z En gitt funksjon har kun en sannhetstabell Men, en gitt sannhetstabell har uendelig mange funksjonsuttrykk Stikkord: forenkling av funksjonsuttrykk x y z F 2

Teorem/postulatliste x + = x x = x x + x = xx = x + y = y+x xy = yx x + (y+z) = (x+y) + z x (yz) = (xy)z x(y+z) = xy + xz x + (yz) = (x+y)(x+z) x + x = x x x = x x + = x = x + xy = x x(x+y) = x (x+y) = x y (xy) = x + y 3

Port-implementasjon av F 2 x y z x yz xy xy x z 4

Minterm I en funksjon kan en binær variabel x opptre som x eller x En funksjon kan være gitt på sum av produkt form Eksempel: F = xy + xy + x Hvert produktledd som inneholder alle variablene kalles en minterm For to variable fins det 4 forskjellige mintermer: xy + xy + x y + x y 5 For 3 variable fins det 2 3 forskjellige mintermer: xyz + xyz + xy z + xy z +x yz + x yz + x y z + x y z

Sannhetstabell / mintermer Hvis man genererer en funksjon ut i fra sannhetstabellen får man en sum av mintermer Eksempel: F = x y z F x y z + xy z + xyz En sannhetstabell kan sees på som en liste av mintermer 6

Maksterm En funksjon kan være gitt på produkt av sum form Eksempel: F = (x+y)(x+y )y Hvert summeledd som inneholder alle variablene kalles en maksterm For to variable fins det 4 forskjellige makstermer: (x+y)(x+y )(x +y)(x +y ) For n variable fins det 2 n forskjellige makstermer: 7

Generell design prosedyre. Bestem hvilke signal som er innganger og utganger 2. Sett opp sannhetstabell for alle inngangskombinasjoner 3. Generer funksjonsuttrykket som sum av mintermer 4. Tilpass /forenkle funksjonsuttrykket mot aktuelle porter 8

Forenkling på portnivå Det er ikke alltid at det enkleste funksjonsuttrykket resulterer i den enkleste port-implementasjonen Ved forenkling på portnivå må man vite hvilke porter man har til rådighet, og så justere funksjonsuttrykket mot dette. (håndverk, f.eks. Kun NAND porter) 9

Karnaugh - 4 variable Plassering av mintermer for 4-variable funksjoner Mintermene plasseres slik at kun variabel varierer i mellom hver vannrette/loddrette naborute 2

Grupperingsregler for diagram med 2-4 variable Grupperer naboruter som inneholder slik at vi får sammenhengende rektangler Ytterkantene av diagrammet kan også være naboruter Eksempel 2

Grupperingsregler for diagram med 2-4 variable Eksempel: 22

Utlesningsregler for diagram med 2-4 variable Representerer hver gruppe ved de variablene i gruppen som ikke varierer. Diagrammets funksjon blir summen av hvert gruppeledd: Eksempel F = AD + CD + B C + AB 23

Utlesning av ere Ved å lese ut de tomme rutene ( erne) fra diagrammet får man F Dette kan noen ganger gi en enklere funksjon, eksempel: F = yz + wx F = (yz + wx ) Hadde vi lest ut ere ville vi fått F = xy + w y + w z + xz 24

Don t care I noen tilfeller har man inngangskombinasjoner som aldri dukker opp I andre tilfeller bryr man seg ikke om utfallet for visse inngangskombinasjoner Slike kombinasjoner kalles don t care kombinasjoner og markers med X A B C Innganger A B C Digitalt system Utganger F X X F 25

Binær adder Halvadder (ikke mente inn) A B S C n+ C n C A n B n C Fulladder (evt. mente inn) S n A n A B + S = A B C n+ B n S n S C n 26

Et adder system Systemelementer: Halvadder: Tar ikke mente inn Fulladder: Tar mente inn A 3 B 3 A 2 B 2 A B A B C 4 Full C 3 Full C 2 Full C Halv C = adder adder adder adder S 3 S 2 S S 27

Menteforplantning Portforsinkelse gir menteforplantning (rippeladder) Eksempel Adderer og Full Full Full Halv adder adder adder adder 28

Definisjoner Kombinatorisk logikk Utgangsverdiene er entydig gitt av nåværende kombinasjon av inngangsverdier Sekvensiell logikk Inneholder hukommelse (låsekretser) Utgangsverdiene er gitt av nåværende kombinasjon av inngangsverdier, samt sekvensen (tidligere inngangs-/utgangsverdier) 29

SR Latch - funksjonell beskrivelse ) Kretsen skal sette Q til hvis den får på inngang S. Når inngang S går tilbake til skal Q forbli på 2) Kretsen skal resette Q til når den får på inngang R. Når inngang R går tilbake til skal Q forbli på 3) Tilstanden på både S og R brukes normalt ikke S SR S R R Q Q låst 3

D Latch Dataflyten gjennom en D latch kontrolleres av et klokkesignal D latch: D Clk ) Slipper gjennom et digitalt signal så lenge klokkeinngangen er (transparent) 2) I det øyeblikk klokkeinngangen går fra til låser utgangen seg på sin nåværende verdi. Forandringer på inngangen vil ikke påvirke utgangsverdien så lenge klokkesignalet er Q 3

D Latch Clk = : kretsen slipper gjennom signalet Clk = : kretsen holder (låser) utgangssignalet D Q Clk D Clk Q Logisk verdi på D i det øyeblikk Clk går i fra til bestemmer verdien som holdes på Q 32

Flip-Flop er Flip-Flop er kommer i to varianter: Positiv flanketrigget Negativ flanketrigget På en positiv flanketrigget Flip-Flop kan utgangen kun skifte verdi i det øyeblikk klokkesignalet går fra til. Hakk, indikerer flanketrigget D Clk Q På en negativ flanketrigget Flip-Flop kan utgangen kun skifte verdi i det øyeblikk klokkesignalet går fra til. D Clk Q 33

D Flip-Flop En D latch er transparent for Clk= D Q Clk D Clk Q En positiv flanketrigget D flip-flop sampler verdien på D i det øyeblikk Clk går fra til (positiv flanke). Denne verdien holdes fast på utgangen helt til neste positive flanke 34 D Q Clk D Clk Q

JK Flip-Flop Kretsoppbygging Grafisk symbol Q Q 35

JK Flip-Flop En JK flip-flop har følgende egenskaper J=, K=: Utgang låst J=, K=: Resetter utgang til J=, K=: Setter utgang til J=, K=: Inverterer utgang Q Q Utgangen kan kun forandre verdi på stigende klokkeflanke En JK flip-flop er den mest generelle flip-floppen vi har J K Q Q Q låst Q 36

T Flip-Flop Kretsoppbygging Grafisk symbol Q Q Q Q 37

T Flip-Flop En T flip-flop har følgende egenskaper T=, Utgang låst T=, Inverterer utgang Q Q Utgangen kan kun forandre verdi på stigende klokkeflanke Det er lett å lage tellere av T flip-flop er T Q Q Q låst Q 38

Register N bits register - parallellkobling av N stk. D flip-flopper Data I -I 3 slippes gjennom til utgang A -A 3 på stigende klokkeflanke Anvendelse: Kontroll av dataflyt 39

Shift register Shiftregister Seriell inngangsdata klokkes gjennom registeret ett trinn per klokkeperiode For animasjoner se www.play-hookey.com 4

Rippeltellere Shift register T flip-flopper Utgang toggler på negativ flanke clk A 3 A 2 A A Count www.play-hookey.com Count enable 4

Rippeltellere Shift register D flip-flopper Fører invertert utgang tilbake på negativ klokke A 3 A 2 A A Count 42 www.play-hookey.com

Rippeltellere Signalet rippler/propagerer gjennom trinnene clk Problem: Portforsinkelse gir temporært gale utgangsverdier A 3 A 2 A A Count Count enable 43

Synkronteller Count enable Utganger skifter verdi samtidig / synkront J K Q uforandret Q A 3 A 2 A A Count 44 Count www.play-hookey.com

Komparator - eksempel 45

Dekoder Dekoder tar inn et binært ord, gir ut alle mintermer Eksempel: 3bit inn / 8bit ut 46

Dekoder - sannhetstabell Eksempel: 3bit inn Innganger Utganger x y z D D D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 47

Enkoder Enkoder motsatt av dekoder Eksempel: 8x3 enkoder Innganger Utganger D D D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 x y z x = D 4 + D 5 + D 6 + D 7 y = D 2 + D 3 + D 6 + D 7 z = D + D 3 + D 5 + D 7 Antar at det ikke eksisterer andre inngangskombinasjoner 48

Enkoder Eksempel D D 2 D 4 D 6 z x = D 4 + D 5 + D 6 + D 7 y = D 2 + D 3 + D 6 + D 7 z = D + D 3 + D 5 + D 7 Y X D D 3 D 5 D 7 49

Multiplekser Multiplekser (MUX) velger hvilke innganger som slippes ut Hver inngang kan bestå av ett eller flere bit A B C UT N Select 5

MUX Eksempel: 4- MUX 5

Demultiplekser Demultiplekser motsatt av multiplekser INN A B C N Select 52

Minne - generelt Generelt minne Hvert bit lagres i egen minne-celle Data inn n-bit 53 NB: Adresse Minne kan også brukes for å generere Boolske funksjonsutrykk, se tidligere eksamensoppgaver m-bit 2 m x n-bit minne n-bit Data ut Read / Write Enable Data inn/data ut deler ofte samme buss i praksis

Minne teoretisk cellestruktur RAM celle laget av standardkomponenter Separat datainngang/datautgang 54

RAM teoretisk system Systemeksempel: 4x4bit RAM RAM-celle 4-inputs OR 55

Minne teknologier SRAM rask og dyrt, 4-6 transistorer DRAM Tregere men billigere, transistor ROM - Read only (ikke flyktig) EPROM slettbart med ultrafiolett lys EEPROM / Flash (Elektrical Erasable) 56

Tilstandsmaskin En tilstandsmaskin er et sekvensielt system som gjennomløper et sett med tilstander styrt av verdiene på inngangssignalene Tilstanden systemet befinner seg i, pluss evt. inngangsverdier bestemmer utgangsverdiene Tilstandsmaskins-konseptet gir en enkel og oversiktlig måte å designe avanserte system på 57

Tilstandsmaskin Generell tilstandsmaskin basert på D flip-flops N-stk flip-flops gir 2 N forskjellige tilstander Utgangssignalene er en funksjon av nåværende tilstand pluss evt. inngangsverdier 58

Eksempel nr. x D A Q A Q A Tilstandsmaskin der utgang y er en funksjon av tilstanden gitt av verdiene til Q A og Q B, samt inngangen x clk D B Q B Q B y 59

Tilstandstabell 6 Tilstandstabell = sannhetstabell for tilstandsmaskin Eksempel nr.: En inngang, en utgang og 2 stk. D flipflops Utgang for nåværende tilstand Nåværende tilstand Q A Q B Inngang x Neste tilstand Q A Q B y

Tilstandsdiagram Tilstandsdiagram = grafisk illustrasjon av egenskapene til en tilstandsmaskin Eksempel nr.: / / / Inngangsverdi x som medfører ny tilstand, samt utgangsverdi y for opprinnelig tilstand med inngangsverdi x x / y Tilstand Q A Q B / / / / / 6

Eksempel nr.3 design av sekvensdetektor Ønsker å lage en krets som finner ut om det har forekommet tre eller flere ere etter hverandre i en klokket bit-sekvens x Klokket bit-sekvens: Binært signal som kun kan skifte verdi synkront med et klokkesignal Klokkesignal x Utgang 62

Eksempel nr.3 design av sekvensdetektor Tilstandsdiagram Velger å ha 4 tilstander. Lar hver tilstand symbolisere antall ere som ligger etter hverandre i bit-sekvensen. / / / / Inngang: bit-sekvens x Utgang: gitt av tilstanden, for tilstand -2, for tilstand 3 / / / / 63

Eksempel nr.3 Bruker D flip-flops D A og D B settes til de verdiene man ønsker at Q A og Q B skal ha i neste tilstand D A = Q A Q B x + Q A Q B x + Q A Q B x D B = Q A Q B x + Q A Q B x + Q A Q B x Nåværende tilstand Q A Q B Inngang x Neste tilstand Q A Q B Utgang for nåværende tilstand y y = Q A Q B 64

Eksempel nr.3 Forenkler uttrykkene med Karnaugh-diagram D A = Q A x + Q B x x D A D B Q A Q B D B = Q A x + Q B x y = Q A Q B clk Q B y 65

Generell designprosedyre basert på D flip-flops ) Definer tilstandene, inngangene og utgangene 2) Velg tilstandskoder, og tegn tilstandsdiagram 3) Tegn tilstandstabell 4) Reduser antall tilstander hvis nødvendig 5) Bytt tilstandskoder hvis nødvendig for å forenkle 6) Finn de kombinatoriske funksjonene 7) Sjekk at ubrukte tilstander leder til ønskede tilstander 8) Tegn opp kretsen 66

Informasjon om eksamen Blanding av multiple-choice oppgaver oppgaver som skal føres rett inn i oppgavesettet Viktig å føre dette inn på en måte som gjør det lesbart Det er fullt lov å bruke blyant. Men det er viktig med en tydlig strek slik at det er mulig å lese. (Gjelder både blyant og penn). 67

68 Sniktitt på eksamen