1 Ben Bruidegom AMSTEL-instituut Universiteit van Amsterdam Reehorstconferentie 2007 NLT-module Digitale Techniek Ontwerpen van digitale schakelingen met SIM-PL

2 What is SIM-PL? SIM-PL: Simulatie ‘tool’ voor digitale schakelingen  Inputs/outputs are ‘0’ or ‘1’ Complexiteit: van poort tot processor  Laat zien wat er achtereenvolgens gebeurt als er een instructie van een computerprogramma wordt uitgevoerd.  “The hardware/software interface” Auteursomgeving voor docenten, scholieren en studenten

3 Register Waar kun je SIM-PL bij gebruiken? Pipeline processor Gate Flipflop/XOR One cycle machine Calculator File of registers/ALU Digital electronics Embedded Systems Assembly programming Computer architectuur

4 Constructie van componenten en schakelingen (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Schakeling Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M

5 & Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections 11 & & & p q r M

6 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M

7 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M Y = a && b;

8 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Event triggered - Input Change - Clock Rising - Clock falling Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M Y = a && b;

9 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay (propagation delay) Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M time Y b a

10 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M

11 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections & 11 & & & a b Y p q r M

12 Construction of components en circuits (Basic) component Component lay-out Inputs/Outputs Programming Delay Circuits (hierarchy) Basic components Input/Output Connections (wires) & 11 & & & a b Y p q r M M = (p and q) or (q and r) or (p and r)

13 Ontwerpen van een digitale schakeling

14 problemsolution

15 problemTruth tablesolution

16 problem Boole expression Truth tablesolution

17 problem Boole expression Truth table Reduced Boole expression solution

18 problem Boole expression Truth table Reduced Boole expression solution Boole algebra

19 problem Boole expression Truth table Reduced Boole expression solution Boole algebra Implementation

20 Majority voting system redundant system Majority Voter Signal cond. sensor a Signal cond. sensor b Signal cond. sensor c Valve control a vb c Vat valve cba Set value

21 Truth table

22 Truth table

23 Truth table  Boole exp. a b ccombinatie van a, b en c die ‘1’ oplevertv 0 0 0not(a) and not(b) and not(c) not(a) and not(b) and c not(a) and b and not(c) not(a) and b and c a and not(b) and not(c) a and not(b) and c a and b and not(c) a and b and c1

24 Boolean expression v = (not(a) and b and c) or (a and not(b) and c) or (a and b and not(c)) or (a and b and c). Max term representatie

25 Boole expr.  simplified Boole expr. and or not v = (not(a) and b and c) or (a and not(b) and c) or (a and b and not(c)) or (a and b and c).

26 Boole expr.  simplified Boole expr.

27 Boole expr.  simplified Boole expr.

28 Simplified Boole expression v = (b and c) or (a and c) or (a and b).

29 Implementation & AND-gate 11 OR-gate yy zz z and y z or y

30 & & & & Implementation with AND- and OR-gates v = (a and b) or (a and c) or (b and c).

31 Implementation with AND- and OR-gates & & & 11 abcabc v v = (a and b) or (a and c) or (b and c).

32 Opgave: Ontwerp een Multiplexer Als S = ‘0’ wordt het signaal op ingang a doorgelaten Als S = ‘1’ wordt het signaal op ingang b doorgelaten.

33 Stap 1: Maak de waarheidstabel ( 3 variabelen; 8 regels) Stap 2: Maak de Boole-expressie (Maxterm representatie) Stap 3: Vereenvoudig deze expressie Stap 4: Implementeer een schakeling met poorten. Stap 5: Test schakeling  Als test voldoet  klaar  Als test faalt  ga weer na stap 1 Opgave: Ontwerp een Multiplexer

34 Oplossing: Stap 1: De waarheidstabel sabY Als S = ‘0’ wordt a doorgelaten Als S = ‘1’ wordt b doorgelaten.

35 Oplossing: Stap 2: Boole-uitdrukking sabY

36 Oplossing: Stap 3: Vereenvoudigen

37 Oplossing: Stap 4: Ontwerp implementeren

38 Oplossing: Stap 5: Testen met Executer

39 Register SIM-PL & het vo-vak: informatica Pipeline processor Gate Flipflop/XOR One cycle machine Calculator File of registers/ALU Digital electronics Embedded Systems Assembly programming Computer architectuur Calculator

40 ADDI $4, $3, 0200 Hex Een basale calculator

41 SIM-PL is gemaakt door Wouter Koolen-Wijkstra Wouter is Master of Logic en is gestart met promotieonderzoek aan het Centrum voor Wiskunde en Informatica.

42  voortgezet onderwijs  NLT Te downloaden: Deze presentatie Onderwijsmateriaal SIM-PL Componenten

43 Sponsors: Stichting Edict Digitale Universiteit Instituut voor Informatica UvA Bètapartners

44 Vragen?