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1 Bascules et logique séquentielle Daniel Etiemble de@lri.fr M2 ISIC 2006-2007

1 Bascules et logique séquentielle Daniel Etiemble de@lri.fr M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 2 Logique séquentielle • Logique séquentielle – Le système a des « états » – Dans un système séquentiel • Éléments de mémorisation • Les sorties dépendent des états et des entrées • Le nouvel état est fonction des entrées et de l’état précédent – Systèmes synchrones • Une horloge indique le moment où les éléments de mémorisation acceptent les nouvelles valeurs et changent d’état – Systèmes asynchrones • Aucun indication sur le moment des changements d’état 2 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 3 Eléments de mémorisation : bascules et registres • Mémorisation d’un bit – Bistable – Bascule RS – Bascules transparentes : latch – Bascules opaques : D • Registres – Un registre est un ensemble de bascules la même commande d’horloge – Le registre a les mêmes propriétés que les bascules qui le composent • Transparence versus opacité M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 4 Le bistable • Deux inverseurs en série – Deux états possibles : mémorise un bit – Ne peut changer d’état "0" "1" “1" “0" Q Q Pour « écrire », il faut modifier le bistable -Point mémoire SRAM -Bascule RS -Bascule Latch « CMOS » 3 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 5 Bascule RS 1 x x 0 x 1 1 0 0 1 Q 1 1 Q Q Q • Deux types – NAND – NOR • Fonctionnement RS NAND – Etat interdit – Mémorisation INTERDIT Mémorisation Q Q S R Q Q S R Nand Nor M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 6 Bascule RS • Deux types – NAND – NOR • Fonctionnement RS NAND – Ecriture d’une valeur Q Q S R Q Q S R 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 a) b) 0 1 1 0 0 c) d) 1 1 1 Nand Nor 4 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 7 Résumé sur la bascule RS • Fonctionnement – NAND • Si R=S =1 , Etat mémoire • Si R≠S, alors écriture Q=R • R=S=0 INTERDIT – NOR • Si R=S =0 , Etat mémoire • Si R≠S, alors écriture Q=S • R=S=1 INTERDIT • Remarque – Les entrées R et S sont à la fois des entrées de type « état » et de type « temps » – On sépare « état » et « temps » avec des bascules latch • Entrée d’état : D • Entrée d’horloge : C M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 8 • Utilise les interrupteurs (portes de transmission) pour – Réaliser la contre réaction (mémorisation) – Couper la contre réaction pour charger une nouvelle valeur • Fonctionnement – LD = 1 alors Z = A – LD = 0 alors Z = Z – Transparence lorsque LD=1 Le latch “CMOS” Z A LD \LD LD \LD “mémorisation” “écriture" "donnée" “valeur mémorisée”" "0" "1" 5 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 9 Bascule latch NAND ou NOR D C Q Q (Etat) (commande) Bascule latch Q Q S R C D Mémorisation Q Q S R C=0 D 1 1 0 0 Q Q S R C=1 D D D 1 1 Ecriture M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 10 Registres Dn-1 Di D0 C Qn-1 Qi Q0 ......... ......... C D Q n n Registre 6 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 11 Bascules, registres latch et transparence D0 D1 D2 C Q0 Q1 Q2 Registre à décalage Di+1 = Qi Lorsque C = 1, Qi=Di Lorsque C = 1 alors Qi+1 = Qi pour tout i D C Q Q Bascule latch Liaison D = Q Lorsque C = 1, Q=D Lorsque C = 1 alors Q = Q ! Nécessité de bascules NON transparentes M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 12 Bascule D maître-esclave • Bascules opaques – Maître esclave D C1 Qm Bascule latch C2 Qs Bascule latch D Qm Bascule latch Qs Bascule latch C C C C = C C = C C1 C2 Qm Qm C D Qs Qs NAND NOR C 7 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 13 Bascules D à commande par flanc • Bascules opaques – Bascule D à commande par flanc • 6 portes NAND (sensible au front montant de l’horloge) • 6 portes NOR (sensible au front descendant de l’horloge) – Sur transition d’horloge, l’entrée D est recopié vers Q et mémorisée D Q Q C M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 14 Bascule D à 6 portes NAND D=0 Q = 0 Q=1 C=1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 D varie Q = 0 Q=1 C=1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 Verrouillage D=1 Q=1 Q=0 C=1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 D varie Q=1 Q=0 C=1 1 0 0 0 1 1 0 1 D varie D Ecriture d’un 0 Ecriture d’un 1 Verrouillage après écriture d’un 1 Verrouillage après écriture d’un 0 8 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 15 Entrée Horloge Temps d’établissement- temps de maintien Temps d’établissement (Tsu) Temps minimum avant l’arrivée de l’horloge pendant lequel l’entrée doit être stable Horloge Il y a une fenêtre temporelle de part et d’autre de la transition d’horloge pendant laquelle l’entrée doit rester stable Il y a une fenêtre temporelle de part et d’autre de la transition d’horloge pendant laquelle l’entrée doit rester stable Temps de maintien (Th) Temps minimum après l’arrivée de l’horloge pendant lequel l’entrée doit rester stable tsu th M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 16 Registre à décalage avec bascules D D0=1 C Q0 Bascule D C Q1 Bascule D D1 C Q0 = D1 tpd tpd Tc tsu tsu Q1 th th 9 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 17 Entrées parallèles Sorties parallèles Transmission série Application des registres à décalage M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 18 Principe fondamental de la logique synchrone D0 C Q0 Bascule D C Q1 Bascule D D1 Logique combinatoire tpdcomb tpdbasc tsu Tc max F = 1 cmin T = 1 pd(bascule) t + su pd (combinatoire) t +t 10 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 19 Utilisation de la bascule D • Automate – Etat futur = fonction (Etat présent, Entrées) – Etat futur = entrées des bascules D (du registre D) – Etat présent = sorties des bascules D – Transition d’horloge = passage d’un état à l’état suivant D C Q ETAT FUTUR Bascule D ETAT PRESENT M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 20 Autres bascules : bascule T T C Q Q (Etat) (commande) Bascule T 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 Qf Qp T 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 T Qf Qp C (bascule D) Q Q Bascule D C T Q Q Bascule D C T Asynchrone Synchrone 11 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 21 Autres bascules : bascule JK ┐Qp 1 1 1 0 1 0 1 0 Qp 0 0 Qf K J C Q Q Bascule JK J K 0 Φ 1 1 1 Φ 0 1 Φ 1 1 0 Φ 0 0 0 K J Qf Qp J-K avec bascule D J K C D Q Q M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 22 Automates synchrones PARTIE COMBINA TOIRE PARTIE COMBINA TOIRE REGIS TRE D C ENTREES EF EP SORTIES MOORE EF = f (EP, Entrées) Sorties = g (EP) 12 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 23 Automates synchrones PARTIE COMBINA TOIRE PARTIE COMBINA TOIRE REGIS TRE D C ENTREES EF EP SORTIES MEALY EF = k (EP, Entrées) Sorties = h (EP, Entrées) M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 24 Méthode de synthèse d’automates synchrones • Méthode générale – Graphe de transition – Table de transition – Codage des états et table de transition codée – Implantation avec registre D et logique combinatoire • Méthodes plus spécifiques – Certaines implémentation sont plus efficaces en utilisant des opérateurs particuliers • Registres à décalages • Compteurs • etc 13 M2 ISIC 2006-2007 Fondements des systèmes numériques D. Etiemble 25 Les compteurs • Un compteur est un automate sans entrées. 3 2 0 3 2 1 1 0 EF EP 0 1 2 3 1 0 1 0 1 1 1 3 1 0 1 1 0 1 2 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Q0 Q1 Q0 Q1 Q0 Q1 N Naturel Gray Pire Q0 Q0 XOR D1 Q1 Q1 Bascule D Bascule D C uploads/Litterature/ bascules-et-logique-sequentielle-4-pdf.pdf