Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F2 1 IS1500 Datorteknik och komponenter Föreläsning DC F2 Kretsar med återkoppling Minnen.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F2 1 IS1500 Datorteknik och komponenter Föreläsning DC F2 Kretsar med återkoppling Minnen."— Presentationens avskrift:

1 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F2 1 IS1500 Datorteknik och komponenter Föreläsning DC F2 Kretsar med återkoppling Minnen

2 IS1500 Datorteknik o k Digitala komponenter Assemblerprogram C In- och utmatning Avbrott och "trap" Cacheminnen Trådar, synkronisering DC F1 DC F2 CE F1 CE F3 CE F4 CE F5 CE F6 CE F7 CE F8 CE F9 CE F10 CE F2 DC Ö1 DC Ö2 CE Ö4 CE Ö1 CE Ö2 CE Ö3 CE Ö10 CE Ö1 CE Ö2 CE Ö3 CE Ö5CE Ö6 lab dicom lab nios2time hemlab C lab nios2io lab nios2int hemlab cache hemlab trådar tentamen 23 August IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F2

3 Från föreläsning DC-F1 zMånga olika grindar: AND, OR, INV NAND, NOR, XOR, XNOR,... zAvkodare zMultiplexer zHeladderare, zNegativa heltal med 2-komplementrepr. zAdderarkrets, även för subtraktion zKomparator 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F23

4 Exempel på grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F24

5 Exempel på avkodare 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F25 m insignaler n utsignaler m till n avkodare ( n är oftast 2 m ) 2-4 avkodare, 3-8 avkodare,... 0 n-1 Insignaler anger binärt index för den utsignal som ska vara aktiv Kiselplats: Cirka m+n grindar

6 Exempel på multiplexer (väljare) 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F26 en utsignal m till 1 multiplexer ( m är oftast jämn 2-potens, 2 n ) 2-1 mux, 4-1 mux, 8-1 mux,..... m st insignaler n styrsignaler/adress Styrsignaler anger binärt index för den insignal som ska finnas på utsignalen Kiselplats: Cirka n+m+1 grindar

7 Heladderare Full Adder 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F27 ab c in s C ut FA Adderar binärt en position inklusive carryin Kiselplats: Cirka 9 grindar

8 Adderar-krets (för heltal i 2komplement) 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F28 FA Adderar 2 st n-bitars heltal i 2 komplementrepresentation Det kan bli overflow/ spill !!! Kiselplats: Cirka n*9 grindar

9 Adderar-krets subtraktion 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F29 FA SUB/ADD Subtraktion utförs som addition av 2-komplement A – B = A + ( -B ) Kiselplats: Cirka n*13 grindar (om XOR tar 4)

10 Komparator 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F210 U=1 om A = B (för varje par av de n bitpositionerna) U=0 för alla andra fall (A är inte = B) AB n n Komparator Kiselplats: Cirka 4*n + 1 grindar (om XOR tar 4)

11 Föreläsning DC-F2 nya komponenter zlatch, flip-flop, vippa zD-vippa, (T-vippa),... zRegister (flera vippor) zRegister File (flera register) zMinneskrets (lagrar många bitar) zMinnesmodul (byggs av många minneskretsar) zSekvensnät = åtrkopplat kombinatoriskt nät 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F211

12 Kombinatoriskt nät (nät utan återkoppling) 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F212 X0X0 X1X1 X2X2 U1U1 U0U0... med INV-NAND-NAND-nät kan varje Boolesk funktion byggas Utsignalernas värde beror på nuvarande värde på insignaler (inte på tidigare värden) En viss insignalkombination ger alltid samma utsignal

13 Kombinatoriskt nät ett exempel 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F213 b a x Analysera detta NAND-nät x =......

14 Nät med återkoppling 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F214 R S Q Rita om detta nät så får man figur som på nästa sida Q’ återkoppling

15 SR-latch med NOR-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F215 R S Q Q’ R är en Reset-signal, S är en Set-signal Båda är aktivt höga 1 = Aktiv, 0 = Passiv

16 SR-latch med NOR-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F216 R S Q Q’ Exempel på ”stabilt” läge med Q = 0 samt S och R är passiva/0 Vad händer om man ändrar S från 0 till 1 och tillbaks till 0 ?

17 SR-latch med NOR-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F217 R S Q Q’ Exempel på ”stabilt” läge med Q = 0 samt S och R är passiva/0 Vad händer om man ändrar S från 0 till 1 och tillbaks till 0 ? Latchen slår om från 0 till 1 (S = Set) !

18 SR-latch med NOR-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F218 R S Q Q’ Exempel på ”stabilt” läge med Q = 1 samt S och R är passiva/0 Vad händer om man ändrar R från 0 till 1 och tillbaks till 0 ?

19 SR-latch med NOR-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F219 R S Q Q’ Exempel på ”stabilt” läge med Q = 1 samt S och R är passiva/0 Vad händer om man ändrar R från 0 till 1 och tillbaks till 0 ? Latchen slår om från 1 till 0 (R = Reset) !

20 Klockad D-latch med NOR-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F220 R S Q Q’ clock D Utsignalen Q följer insignal D då clock är aktiv (hög) Utsignalen Q ”låses” då clock blir passiv (”går låg”)

21 SR-latch med NAND-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F221 S’ R’ Q Q’ R’ är en Reset-signal, S’ är en Set-signal Båda är aktivt låga, 0=aktiv och 1=passiv

22 Klockad D-latch med NAND-grindar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F222 C S’ R’ Q Q’ D Utsignalen Q ”följer” insignal D då C är aktiv (hög) Utsignalen Q ”låses” då C blir passiv (”går låg”)

23 D flip-flop omslag i Q-ut på negativ flank 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F223 C Q D C Q D C DQ-ut MasterSlave

24 Flanktriggad D-vippa ”standard-vippa” 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F224 Synkront omslag (till D) sker på positiv flank på C Asynkront (direkt) omslag vid låg signal på clear eller preset C D preset Q Q’ clear preset Q Q’

25 Flanktriggad D-vippa ”standard-vippa” D Clock P4 P3 P1 P Q' Q 4 D Q Clock Utan preset och clear blir det 6 NAND-grindar. Även med preset och clear blir det 6 NAND-grindar. S R 23 August IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F2

26 Synkron D-vippa 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F226 clock D preset Q Q’ clear WR D in clock 0 1 D ut Synkront omslag (till D) sker på positiv flank på clock om WR=1. Om WR=0 skrivs gamla värdet in i vippan (inget omslag). Kiselplats: Cirka 10 grindar

27 Synkron T-vippa (överkurs) 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F227 clock D preset Q Q’ clear T clock 0 1 D ut Synkront omslag (växling) sker på positiv flank på clock om T=1 Om T=0 skrivs gamla värdet in i vippan (inget omslag) Kiselplats: Cirka 10 grindar

28 Synkront register, 32 bitar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F228 clock D in D ut 32 bitars register 32 D-vippor Skrivning sker på varje positiv flank på clock Utsignal alltid tillgänglig Kiselplats: Cirka 192 grindar

29 Synkront register, 32 bitar med villkorlig skrivning 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F229 clockWR D in D ut 32 bitars register 32 D-vippor Skrivning sker på positiv flank på clock endast om WR=1 Utsignal alltid tillgänglig Kiselplats: Cirka 320 grindar

30 Synkront register, 32 bitar med tree-state busdrivkrets 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F bitars register clockWR D in D ut 32 bitars busdrivkrets OE Utsignal endast om OE = 1 (annars tree-state = ”bortkopplat”) Kiselplats: Cirka 352 grindar

31 Symbol för komponent 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F231 WR OE WR clock Kiselplats: Cirka 350 grindar

32 Register File Read from any register 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F232 OE WR clock Adress- Avkodare Data in Data ut Register Read Address OE WR clock OE WR clock... Bus Kiselplats: Cirka 17+32*350 grindar

33 Register File Write to any register 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F233 OE WR clock Data in Data ut Register Write Address OE WR clock OE WR clock... clock Adress- Avkodare Bus Kiselplats: Cirka 32* grindar

34 Register File symbol om 1 Read 1 Write 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F234 D ut 32 bitar D in 32 bitar 32 x 32 Read address 5 bitar Write address 5 bitar clock Kiselplats: Cirka 17+32* grindar Cirka grindar (oj!)

35 Register File Multi-ported: 2 Read 1 Write 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F235 D ut 32 bitar D ut 32 bitar D in 32 bitar 32 x 32 Read address 5 bitar Read address 5 bitar Write address 5 bitar clock Kiselplats: Cirka grindar (uj!)

36 Register File Multi-ported: 2 Read 1 Write 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F236 D ut 32 bitar D in 32 bitar 32 x 32 Read address 5 bitar Write address 5 bitar D ut 32 bitar 32 x 32 Read address 5 bitar Bus

37 Minneskrets lagringsplats för bitar 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F237 RWM 2 m x n RWM = Read Write Memory t.ex x 8 (1K x 8) 1024 x 8 bitar/celler

38 Minneskrets vilka signaler behövs 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F238 D ut n bitar Read Address m bitar 2 m x n För läsning behövs

39 Minneskrets vilka signaler behövs 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F239 D ut n bitar Read Address m bitar 2 m x n För skrivning behövs dessutom D in n bitar Write

40 Minneskrets vilka signaler behövs 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F240 D ut n bitar Read Address m bitar 2 m x n För att spara energi behövs dessutom D in n bitar Write CS – Chip Select

41 Minneskrets vilka signaler behövs 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F241 D ut n bitar Read Address m bitar 2 m x n För att bygga större minnen behövs dessutom D in n bitar Write CS – Chip Select OE

42 Minneskrets vilka signaler brukar finnas 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F242 D in och D ut n bitar Address m bitar 2 m x n Write/Read CS – Chip Select OE

43 Stort minne av flera små kretsar läs från en ”rad” ut på busen med OE 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F Data-ut Read address 1K x kretsar ger här 8K x 64 (8 rader 8 kolumner)

44 Stort minne av flera små kretsar skriv till en ”rad” 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F Data-in Write address 1K x kretsar ger här 8K x 64 (8 rader 8 kolumner)

45 Bokstäver RWM = Read Write Memory RAM = Random Access Memory SRAM = Static RAM (6 transistorer per cell) DRAM = Dynamic RAM (2 transistorer per cell) 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F245

46 Fler Bokstäver DRAM = Dynamic RAM SDRAM = Synchronous DRAM DDR DRAM = Double Data Rate … 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F246

47 Skiftregister ”Minns förra invärdet” 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F247 clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear in nuvarande värdeförra värdetförrförra värdetförrförrförra värdet

48 Sekvensnät Starta med värde August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F248 clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear återkoppling 210 Q2Q2 Q1Q1 Q0Q0 Hur förändras värden på Q 2 Q 1 Q 0

49 Sekvensnät Starta med värde August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F249 clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear återkoppling Q2Q2 Q1Q1 Q0Q0 210 Hur förändras värden på Q 2 Q 1 Q 0

50 Sekvensnät Starta med värde August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F250 clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear clock D preset Q Q’ clear återkoppling Q2Q2 Q1Q1 Q0Q0 210 Hur förändras värden på Q 2 Q 1 Q 0

51 Kombinatoriskt nät nät utan återkoppling 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F251 X0X0 X1X1 X2X2 U1U1 U0U0... med NAND-nät kan varje Boolesk funktion byggas Utsignalernas värde beror på nuvarande värde på insignaler (inte på tidigare värden) En viss insignalkombination ger alltid samma utsignal (i går, i år)

52 Sekvens nät Kombinatoriskt nät med återkoppling 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F252 X0X0 X1X1 X2X2 U1U1 U0U0 Utsignalernas värde beror på nuvarande värde på insignaler och på tidigare värden Utsignalernas värde beror på en sekvens av värden på insignalerna Samma insignalvärde kan ge olika utsignal (beroende på tidigare värden) ? ? ?

53 Sekvens nät 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F253 X0X0 X1X1 X2X2 U1U1 U0U0 Utsignalernas värde beror på nuvarande värde på insignaler och på tidigare värden Utsignalernas värde beror på en sekvens av värden på insignalerna Värden kan växla direkt då insignaler växlar Asynkrona nät Återkoppling i grindnät

54 Sekvens nät 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F254 X0X0 X1X1 X2X2 U1U1 U0U0 Utsignalernas värde beror på nuvarande värde på insignaler och på tidigare värden Utsignalernas värde beror på en sekvens av värden på insignalerna Värden kan växla direkt då insignaler växlar. Vippor växlar på clock-flank Synkrona nät Återkoppling klockade vippor och grindnät clock

55 Sekvens nät 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F255 X0X0 X1X1 X2X2 U1U1 U0U0 Utsignalernas värde beror på nuvarande värde på insignaler och på tidigare värden Utsignalernas värde beror på en sekvens av värden på insignalerna Vippor i kretsen lagrar kretsens nuvarande ”tillstånd” (state) Vid varje klockflank kan kretsen byta tillstånd (vipporna ändrar värden) clock delta lambda

56 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F start u1u0 ska räkna 00  gå till  uppåt 10  nedåt 11  gå till u1u0 m1m Syntes av sekvensnät – räknare Exempel på tillståndsgraf

57 Föreläsning DC-F2 nya komponenter zlatch, flip-flop, vippa zD-vippa, (T-vippa),... zRegister (flera vippor) zRegister File (flera register) zMinneskrets (lagrar många bitar) zMinnesmodul (byggs av många minneskretsar) zSekvensnät = återkopplat kombinatoriskt nät 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F257

58 FPGA Field Programmable Gate Array zInnehåller många LE – Logic Elements z LE i kretsen på DE2-brädan zI första labben används ett LE zNios2 processorn använder cirka ¼ zNästa blad visar schema för ett LE zSidan efter ger vägledning för analys 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F258

59 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F259

60 Vad finns i ett Logic Element zEn flanktriggad D-vippa med lite finesser zEn Look-Up Table (16 bitar) för 4 variabler / insignaler varav en insignal kan väljas från vippan z8 stycken programmerbara 2-1 muxar som styr inkoppling av insignal data3 och om vippan ska användas eller ej samt val vilken utsignal som ska kunna routas vidare zEn hel del mera finesser / klurigheter 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F260

61 Prova en krets på FPGA Steg som ingår i labben zCreate a new project zCreate a new Block Diagram/Schematic File zDraw a schematic diagram. zCompile the project zCreate a Vector Waveform File. zDraw input waveforms. zSimulate the project zAssign Pins. zCreate a Block Symbol File. zDownload your design into the DE2 board. zTest your design. 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F261

62 Några ytterligare intressanta fakta zAntal Transistorer per grind (i CMOS) zAntal transistorer per cell i SRAM och DRAM zEffektåtgång 23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F262

63 NAND-grinden William Sandqvist V DD V OH V SS VAVA VBVB VAVA VBVB V OH V SS (0) V DD (1) V SS (0)V DD (1) V SS (0)V DD (1) V SS (0) Area: A NAND = 4 Transistors

64 Three state ’Z’ William Sandqvist

65 SRAM Varje bit i ett CMOS SRAM består av en låskrets uppbyggd av sex MOS- transistorer.

66 William Sandqvist DRAM Varje bit i ett DRAM består av en transistor och en minneskonden-sator. En laddad kondensator läcker ut laddningen efter ett tag. Periodiskt måste alla kondensatorer under-sökas och de som har laddning kvar måste då återladdas. Detta kallas för Refresh. Det sköts av kretsar inuti minnet.

67 CMOS - Dynamisk förlusteffekt ! William Sandqvist Klassisk CMOS har bara förlusteffekt precis vid omslaget. Förlusteffekten P F blir proportionell mot klockfrekvensen! ”1” ”0” ”1”  ”0” ”1”  ”0”


Ladda ner ppt "23 August 2014 IS1500 Datorteknik och komponeneter, föreläsning DC-F2 1 IS1500 Datorteknik och komponenter Föreläsning DC F2 Kretsar med återkoppling Minnen."

Liknande presentationer


Google-annonser