Niveauer af abstrakte maskiner

Transkript

1 Det digitale niveau

2 Niveauer af abstrakte maskiner

3 Digitale kredsløb Logiske tilstande: (- V), (2-5 V)

4 Kombinatoriske kredsløb Logiske tilstande: (- V), (2-5 V)

5 Registre Logiske tilstande: (- V), (2-5 V)

6 Timing på Mic- Logiske tilstande: (- V), (2-5 V)

7 Transistorer Bell Labs 6. december, 947, William Shockley, John Barden og Walter Brattain. Nobelprisen i

8 Transistorer Tilstande: (- V) (2-5 V) "Binær kontakt": det tager få nano-sekunder at skifte tilstand

9 Vin = => stor modstand (lukket) => Vout = Vcc = Transistorer Vin = => ingen modstand (åben) => Vout = Tilstande: (- V) (2-5 V) "Binær kontakt": det tager få nano-sekunder at skifte tilstand

10 Vin = => stor modstand (lukket) => Vout = Vcc = Transistorer Vin = => ingen modstand (åben) => Vout = NOT Vin Vout Tilstande: (- V) (2-5 V) "Binær kontakt": det tager få nano-sekunder at skifte tilstand

11 Vin = => stor modstand (lukket) => Vout = Vcc = Transistorer Vin = => ingen modstand (åben) => Vout = NOT Vin "Binær Vout V V2 Vout Tilstande: (- V) (2-5 V) tager få nano-sekunder kontakt": det at skifte tilstand

12 Vin = => stor modstand (lukket) => Vout = Vcc = Transistorer Vin = => ingen modstand (åben) => Vout = NOT Vin "Binær NAND Vout V V2 Vout Tilstande: (- V) (2-5 V) tager få nano-sekunder kontakt": det at skifte tilstand

13 Vin = => stor modstand (lukket) => Vout = Vcc = Transistorer Vin = => ingen modstand (åben) => Vout = NOT Vin "Binær Vout NAND V V2 Vout V Tilstande: (- V) (2-5 V) tager få nano-sekunder at kontakt": det V2 skifte Vout tilstand

14 Vin = => stor modstand (lukket) => Vout = Vcc = Transistorer Vin = => ingen modstand (åben) => Vout = NOT Vin "Binær NAND NOR V V2 Vout V Tilstande: (- V) (2-5 V) tager få nano-sekunder at kontakt": det V2 skifte Vout Vout tilstand

15 Gates Boolske funktioner givet ved sandhedstabeller... men digitale kredsløb har forsinkelse...

16 Hvor mange boolske funktioner med 2 input og output findes der? 24 Gates Hvor mange boolske funktioner med n input og m output findes der? m (2n) (2 ) Boolske funktioner givet ved sandhedstabeller... men digitale kredsløb har forsinkelse...

17 Hvor mange boolske funktioner med 2 input og output findes der? 24 Gates Hvor mange boolske funktioner med n input og m output findes der? m (2n) (2 ) Boolske funktioner givet ved sandhedstabeller... men digitale kredsløb har forsinkelse...

18 Hvor mange boolske funktioner med 2 input og output findes der? 24 Gates Hvor mange boolske funktioner med n input og m output findes der? m (2n) (2 ) Boolske funktioner givet ved sandhedstabeller... men digitale kredsløb har forsinkelse...

19 AND, OR og NOT kredsløb AND, OR, NOT kan bygges af enten NAND eller NOR gates

20 XOR V V2 Vout

21 XOR V V2 Vout

22 XOR V V2 Vout Alt kan bygges af AND, OR, NOT (dvs. NAND eller NOR)

23 Eksempel: majoritet Alt kan bygges af AND, OR, NOT (dvs. NAND eller NOR) _ M = ABC + ABC + ABC + ABC

24 Simplere kredsløb

25 Boolsk algebra

26 Multiplexer Vælger et blandt 2n data-input udfra n kontrol-input F = Di, hvor i = ABC

27 Decoder Vælger et blandt 2n output udfra n input vælger Di, hvor i = ABC

28 -bit left/right shifter

29 -bit full-adder Forsinkelse: tiden der går til output korrekt afspejler input

30 Arithmetic Logic Unit

31 Arithmetic Logic Unit and-or-not 2-4 decoder -bit fulladder

32 Subtraktion i Mic-'s ALU sub(w, W2) = add(w, add(neg(w2),)) Læs A og B: ENA=, ENB= Inverter A: INVA = Vælg add: F =, F = Læg én til: INC= ALU'en beregner så: add(neg(a), B, ) = add(b, add(neg(a),)) = sub(b,a) Derfor understøtter vores ALU operationen B-A

33 Integrerede kredsløb Transistorer kan laves og sammensættes i silicium Jack Kilby, Texas Instruments, 958 Robert Noyce, Fairchild Semiconductors, 959

34 Core dump Fra UNIVAC 5, 24 bit og $6 pr. plade

35 -bit SR-latch Husker en tilstand Q afhængig af sidste SR input S: Set, R: Reset

36 -bit SR-latch Husker en tilstand Q afhængig af sidste SR input S: Set, R: Reset

37 -bit SR-latch Husker en tilstand Q afhængig af sidste SR input S: Set, R: Reset

38 Clock Synkronisering af hændelser, f.eks. indlæsning i registre

39 Clocked -bit D-latch Når clock-signalet er højt indlæses D i latchen level-triggered

40 Clocked D flip-flop a b d c Når clock-signalet stiger indlæses D i latchen edge-triggered

41 Lagerkredsløb 2 x bit D flip-flop 8 bit D flip-flop

42 Eksempel: et 4 x 3 bit lager I-I2: Input O-O2: Output A-A: Adresse CS: Chip Select RD: Read OE: Output Enable

43 Dynamisk RAM (DRAM) Robert Noyce og Gordon Moore grundlagde Intel i 968 I 97 lanceredes Intel 3, den første Kbit DRAM chip

44 Moore's lov (965)

45 Intel 44 og Pentium 4