Inhoud Analyse van sequentiële netwerken Sequentiële bouwblokken

Presentatie over: "Inhoud Analyse van sequentiële netwerken Sequentiële bouwblokken"— Transcript van de presentatie:

1 Inhoud Analyse van sequentiële netwerken Sequentiële bouwblokken
het gedrag van teruggekoppelde poortnetwerken races en hazards synchroon versus asynchroon gedrag, geheugencellen Sequentiële bouwblokken Synthese van sequentiële netwerken incrementele gedragsbeschrijvingen toestandsminimalisatie Toestandsassignatie Aspecten van compositie en decompositie Verfijning en decompositie Spatiale versus temporale decomposities Composities van synchrone automaten Digitale elektronica

2 Digitale Bouwstenen standaardcomponenten
Programmeerbare componenten Applicatie-specifieke bouwstenen Gate Arrays Seq. Comb. PLA- achtigen Cell- arrays SSI PLA Standard Cell MSI FPGA PAL LSI PLS Full Custom VLSI EPLD Digitale elektronica

3 Standaardcomponenten: sequentiële functies
SSI flip-flops: diverse klok- en datagedragingen MSI registers tellers schuifregisters LSI registerbanken processor-bouwblokken VLSI processors geheugens specifieke chips voor consumentenmarkt Digitale elektronica

4 Flip-flops Definitie van het tijdsgedrag
ts th Flanksturing Niveausturing ts th ts th tp O-interval I-interval Pulssturing tp Digitale elektronica

5 Flip-flops Definitie van het datagedrag
D-gedrag R/S-gedrag J/K-gedrag T-gedrag Digitale elektronica

6 Flip-Flops een overzicht
Voorbeelden van pdf-bestanden 74HC74 74F109 7476 7475 7473 74279 Digitale elektronica

7 De essentie van synchroon gedrag
In Out ts th tp Flanksturing Combinatorische logica Registers Klok Klok Flip-flop propagatie Combinatorisch propagatie Flip-flop instel Digitale elektronica

8 Regels voor synchroon ontwerp
Inputsignalen moeten stabiel zijn gedurende I-interval Gebruik alleen geheugenelementen met disjuncte I- en O-intervallen Gebruik alleen geheugenelementen met zelfde klokgedrag Zorg ervoor dat de klokverschuiving beperkt is tot separatie tussen I en O Zorg ervoor dat de klok een voldoende periode heeft Stuur inputs op het correct ogenblik aan Digitale elektronica

9 Regels voor synchroon ontwerp metastabiliteit
Veranderingen van input binnen I-interval Meestal “normaal” gedrag van FF: resultaat is onvoorspelbaar, maar wel ofwel 0 ofwel 1 Soms “geen” resultaat: finale waarde wordt ongewoon laat bereikt. Intussen geen betrouwbare waarde: niet finaal eventueel halfslachtig niveau mogelijk zelfs dynamische hazards Digitale elektronica

10 Regels voor synchroon ontwerp metastabiliteit
kloksignaal 30 ns 14 ns inputsignaal outputsignaal Digitale elektronica

11 Metastabiel gedrag Breuninger’s grafiek
Digitale elektronica

12 Geheugens en processors
Er bestaan een aantal generieke functies die het gebruik van hoge integratiedichtheden mogelijk maken Voorwaarde: universele inzetbaarheid Twee belangrijke voorbeelden: geheugens processors (+ randchips) Digitale elektronica

13 Geheugens kenparameters
Interne opbouw statisch (SRAM) dynamisch (DRAM) Structurele aspecten Woordbreedte Capaciteit Functionele aspecten toegangstijd en -bandbreedte parallellisme in toegang asynchrone of synchrone toegang Digitale elektronica

14 Geheugens interne opbouw: statische geheugens
Geheugenwerking gebaseerd op terugkoppeling Cel = elementaire flipflop lage toegangstijd grote basiscel CMOS: 6 transistors NMOS: 4 transistors, dissipatie X/Y-adressering Kan in alle technologieën Digitale elektronica

15 Geheugens interne opbouw: dynamische geheugens
Geheugenwerking gebaseerd op ladingsopslag op capaciteit (1 transistor) Lezen dynamisch proces, destructief Digitale elektronica

16 Geheugens interne opbouw: dynamische geheugens
Digitale elektronica

17 Geheugens functionele aspecten
Parallellisme Toegang tot grote RAMs sequentieel: woord per woord Kleine statische RAMS (registerbestanden) en speciale geheugens (DPMs, FIFOs) parallel Toegangsprotocollen Vroeger hoofdzakelijk asynchroon Voor SRAM: relatief eenvoudig Voor DRAM: sequentieel opfriscycli snelle blokmodes Synchrone protocollen nemen snel toe Voorbeelden van pdf-bestanden SRAM SSRAM EDO-RAM SDRAM Digitale elektronica

18 Processors Processors worden als bouwblok in grote variëteit gemaakt:
voor algemeen gebruik (zie computerarchitectuur) voor specifieke toepassingen: DSP, Grafiek, Communicatie als component voor realisatie van complexe functies: microcontrollers Processors worden ook in toenemende mate als module gebruikt in ASIC-ontwerp of ontwerp met FPGAs Digitale elektronica

19 Processors microcontrollers
Een microcontroller is een sterk geïntegreerde vorm van processor Bevat naast processorkern ook geheugen (beperkt) perifere schakelingen Wordt vaak in verschillende varianten gemaakt qua beschikbaar geheugen, snelheid, en soort van meegeïntegreerde functies Gebruik: in ingebedde systemen, waar complexiteit hogere eisen stelt dan snelheid: printers, toetsenborden, ... Automobiel, wasmachines, T.V.’s, .. PLC’s, regelaars, procesautomatisatie Digitale elektronica

20 Processors microcontrollers: voorbeeld
Digitale elektronica

21 Digitale Bouwstenen programmeerbare componenten
Standaard- componenten Programmeerbare componenten Applicatie-specifieke bouwstenen Gate Arrays Seq. Comb. PLA- achtigen Cell- arrays SSI PLA Standard Cell MSI FPGA PAL LSI PLS Full Custom VLSI EPLD Digitale elektronica

22 Programmeerbare componenten PLA-achtigen: sequencers
De PLS: PLS: PLA met toestandsregister Digitale elektronica

23 Programmeerbare componenten architecturen: PLA-achtigen (2)
De PAL en de PLD: macrocellen met flipflops Voorbeelden van pdf-bestanden MACH pld Cypress pld 22v10 Digitale elektronica

24 Programmeerbare componenten architecturen: Cell-arrays (1)
Digitale elektronica

25 Programmeerbare componenten Moderne evoluties in FPGA’s
Moderne FPGA’s bevatten veel meer dan CLB’s en routing blocks: Sommige bevatten grote geheugenblokken, en laten toe van CLB’s te groeperen tot geheugenblokken Sommige bevatten R/T uitbreidingen om snelle ALU’s te maken (carry chains) Sommige bevatten standaard microprocessor naast programmeerbare array Sommige bevatten speciale I/O-interfaces: Naar extern geheugen (DDR-ram) LVDS en andere snelle verbindingen Digitale elektronica

26 Digitale Bouwstenen ASIC’s
Standaard- componenten Programmeerbare componenten Applicatie-specifieke bouwstenen Gate Arrays Seq. Comb. PLA- achtigen Cell- arrays SSI PLA Standard Cell MSI FPGA PAL LSI PLS Full Custom VLSI EPLD Digitale elektronica