Download - Βασικές Αρχές Ψηφιακής Τεχνολογίας Κεφάλαιο 4

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  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    , .

    1. (combinational) 2. (sequential) . 2. (sequential) .

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    .

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    F x,y z .

    x,y,z, ( ) F x,y,z.

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    ( ), 0 1.

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    , .

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    ( ) , .

    , , .

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    4-2.

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    , ,

    3 9 1 7 5 2 9 2 7 43 9 1 7 5 2 9 2 7 4

    .

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    3 9 1 7 5 2 9 2 7 4

    , .

    3 9 1 7 5 2 9 2 7 4

    3 9 1 7 5 2 9 2 7 4

    , .

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    : 1. (synchronous), , . (clock pulse), 4-3.

    01

  • 4

    - 4.1. 4.1.1

    (asynchronous),

    ( ),

    . , flip-flops , .

  • 4

    - 4.1. 4.1.2

    , , ( bit). 1..3.2. , : 1..3.2. , :

    0+0= 00+1= 11+0= 11+1= 01

    , bit,

    bits , ( ) bit ( 1) (carry).carry

  • 4

    - 4.1. 4.1.2

    bit , bits , .

    101 101+ 101

    1+1= 01

    0

    0+0= 0

    01

    1+1= 01

    01

  • 4

    - 4.1. 4.1.2

    bits (half adder).

    To

    bits ( ) (full -adder).

    To () .

  • 4

    - 4.1. 4.1.3

    , ( ) ( ).

    x

    y+

    S

    C

    ( ). , 4-1. x y S (Sum ) C (carry-).

    x y

    0 00 11 01 1

    C

    0001

    S

    0110

  • 4

    - 4.1. 4.1.3

    x

    y+

    S

    C

    , 0, 1. bit S.

    x y

    0 00 11 01 1

    bit S. Boole :

    C

    0001

    S

    0110

    S =x y+x y

    C =x y

  • 4

    - 4.1. 4.1.3

    x

    y+

    S

    C

    , 4-4. . AND OR.

    x y

    0 00 11 01 1

    C

    0001

    S

    0110

    S =x y+x y

    C =x y

    x

    y

    y

    x

    S = xy + x y

    y

    x C= x y

    x

    y

  • 4

    - 4.1. 4.1.4

    ()( ) bit,

    x

    yz

    SC

    . ( x,y,z) (S C).

  • 4

    - 4.1. 4.1.4

    4-2

    x

    yz

    SC

    x y

    0 0

    z

    00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

    C

    00010111

    S

    01101001

    S 1,

    1. C 1,

    1.

  • 4

    - 4.1. 4.1.4

    x

    yz

    SC

    Boole - .

    S = x y z+x y z +x y z +x y zx y

    0 0

    z

    00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

    C

    00010111

    S

    01101001

    C = x y z+x y z +x y z +x y z

  • 4

    - 4.1. 4.1.4

    x

    yz

    SC

    , - 4-5.

    S = x y z+x y z +x y z +x y zx y

    0 0

    z

    00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

    C

    00010111

    S

    01101001

    C = x y z+x y z +x y z +x y z

    S

    C

    xyz

    xyz

    xyz

    xyz

    xyz

    xyz

    xyz

  • 4

    - 4.1. 4.1.5 Flip-flops

    To flip-flop

    ,

    (0 1) '

    .

  • 4

    - 4.1.

    S Q

    RS FLIP FLOP R S Q(n+1) : S=0 R=0, (Q(n+1)) , Q(n).

    4.1.5 Flip-flops

    R Q

    , Q(n). S=0 R=1, Q(n+1)=0. S=1 R=0, Q(n+1)=1. S=1 R=1, . .

    R S Qn+10 00 1 11 0 01 1 x

    Qn tn tn+1Qn Qn+1

  • 4

    - 4.1. 4.1.5 Flip-flops

    flip-flops

    .

    S Q

    .

    flip-flop NOR : R Q

    S R Q1 0 10 0 10 1 00 0 01 1 0

    Q00110

    S=1 , R=0

    S=0 , R=1

    4-3.

  • 4

    - 4.1.

    , flip-flop, Q Q ( Q) a S (set, ) R (reset, ).

    4.1.5 Flip-flops

    S Q

    S (set, ) R (reset, ). flip-flop RS flip-flop SR latch.

    R Q

    S R Q1 0 10 0 10 1 00 0 01 1 0

    Q00110

    S=1 , R=0

    S=0 , R=1

    To flip-flop , . Q=1 ( Q=0) , flip-flop (set). Q=0 ( Q=1) (clear).

    SET

    CLEAR

  • 4

    - 4.1.

    RS flip-flop

    .

    4.1.5 Flip-flops

    S Q

    R Q

    S R Q1 0 10 0 10 1 00 0 01 1 0

    Q00110

    S=1 , R=0

    S=0 , R=1

    SET

    CLEAR

    (asynchronous),

    ( ),

    .

  • 4

    - 4.1.

    flip-flops . flip-flops D,T JK D flip-flop flip-flop ,

    4.1.5 Flip-flops .

    ck . flip-flop ,

    ck

    D Q

    Q

    4-7 D flip- flop Qn D

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

    ck

    T Q

    Q

    4-8T flip- flop Qn T

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

  • 4

    - 4.1.

    D FLIP-FLOP D .

    4.1.5 Flip-flops T flip-flop T=0, flip-flop . T=1, flip-flop , .

    ck

    D Q

    Q

    4-7 D flip- flop Qn D

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

    ck

    T Q

    Q

    4-8T flip- flop Qn T

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

  • 4

    - 4.1.

    4-7 4-8,

    Qn flip-flop tn, Qn+1 tn+1, .

    4.1.5 Flip-flops

    tn tn+1Qn Qn+1

    .

    ck

    D Q

    Q

    Qn D

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

    4-7 D flip- flop

    ck

    T Q

    Q

    4-8T flip- flop Qn T

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

  • 4

    - 4.1.

    To D (Delay) flip-flop , D, Q . To D flip-flop bit .

    4.1.5 Flip-flops

    To D flip-flop bit .

    ck

    D Q

    Q

    4-7 D flip- flop

    Qn D

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

    ck

    T Q

    Q

    4-8T flip- flop Qn T

    0 00 11 01 1

    Qn+1

    0101

  • 4

    - 4.1.

    (counter) va

    .

    4.1.6

    ck

    . . n bits n flip-flops

    0 2n-1. 2n-1 , 0.

  • 4

    - 4.1. 4.1.6

    flip-flops

    bits (Q0 , Q1 , Q2), 0 7 (7 = 23-1) 4-9.

    ckT Q

    Q

    T Q

    Q

    T Q

    QT Q

    Q

    Q2 Q1 Q0

    1

    (3 bit) 4-4,

    0 (000) 7 (111). 7 (111) (000).

  • 4

    - 4.1. 4.1.6

    flip-flops

    bits (Q0 , Q1 , Q2), 0 7 (7 = 23-1) 4-9.

    ckT Q

    Q

    T Q

    Q

    T Q

    QT Q

    Q

    Q2 Q1 Q0

    1

    (3 bit) 4-4,

    0 (000) 7 (111). 7 (111) (000).

  • 4

    - 4.2.

    (Integrated Circuits, C).

    ,

    chip.

  • 4

    - 4.2.

    :

  • 4

    - 4.2.

    ,

    transistors,

    ,

    .

  • 4

    - 4.2.

    , .

    chip , , (pins), .

  • 4

    - 4.2.

    , ,

    . .

  • 4

    - 4.2.

    ,

    transistors .

  • 4

    - 4.2.

    , ).

    , (Medium Scale Integration, MSI).

    , (Large Scale Integration, LSI).

    (Very Large Scale Integration, VLSI).

    , (Ultra Large Scale Integration, ULS), 1 transistors .

  • 4

    - 4.2.

    , . , , , .

  • 4

    - 4.2.

    ,

    . 5-6 250 1 11/2 . 100 , 5 .

  • 4

    - 4.2.

    . 0 ( ) PC IBM 1984 , .

    2-3 , .

  • 4

    - 4.3.

    ( 4 ), :

    1. - (Central processing Unit, CPU). (Central processing Unit, CPU). , .

  • 4

    - 4.3.

    ( 4 ), :

    2. ( ). 2. ( ).

    , ,

    .

  • 4

    - 4.3.

    ( 4 ), :

    3. /. 3. /. .

    , .

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

    , (microprocessor) . :

    C.P.U.

  • 4

    - 4.3.

    1. ...(A.L.U). , . , .

    xyz

    SC

    .

    C.P.U.

    ANDxy x y.

    ORxy x y+

    NOTx x

    >

  • 4

    - 4.3.

    2. . . , , . , (accumulator), . , (accumulator), .

    C.P.U.

  • 4

    - 4.3.

    3 . , () .

    C.P.U.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

    4 (data bus). .

  • 4

    - 4.3.

    5 (address bus). .

  • 4

    - 4.3.

    6 (control bus). .

  • 4

    - 4.3.

    (instruction set)

    .

    C.P.U.

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

    :1. ( bits).

    8 64 bits .

  • 4

    - 4.3.

    :2 ( bits).

    16 64 bits .

  • 4

    - 4.3.

    :3 ( bits).

    8 64 bits .

    C.P.U.

  • 4

    - 4.3.

    :4 ( MHz).

    . 800 MHz.

  • 4

    - 4.3.

    (LSI ULSI),

    .

  • 4

    - 4.3.

    4-5 Intel, .

    Data Address transistors

    Data Bus

    AddressBus

    4004808080868088802868038680486PentiumPentium ProPentium IIPentium III

    19711973197819791982198519891993199519981999

    4816816323264646464

    1216202024323232323232

    2.3004.50029.00029.000134.000275.0001.200.0003.100.0005.500.0007.500.0009.500.000

  • 4

    - 4.3.

    4004 1971 2.300 transistors (MSI),

    Data Address

    (!!!!!!) Pentium III 9,5 . transistors (ULSI). Intel 2011 1 . transistors chip.

    transistors

    Data Bus

    AddressBus

    4004808080868088802868038680486PentiumPentium ProPentium IIPentium III

    19711973197819791982198519891993199519981999

    4816816323264646464

    1216202024323232323232

    2.3004.50029.00029.000134.000275.0001.200.0003.100.0005.500.0007.500.0009.500.000

  • 4

    - 4.3.

    transistors

    Data Bus

    AddressBus

    4004 1971 4 12 2.3004004808080868088802868038680486PentiumPentium ProPentium IIPentium III

    19711973197819791982198519891993199519981999

    4816816323264646464

    1216202024323232323232

    2.3004.50029.00029.000134.000275.0001.200.0003.100.0005.500.0007.500.0009.500.000

    4-5. Intel

  • 4

    - 4.3.

  • 4

    - 4.3.

    . (, , , , , )

    , , ( ) . , , , , , .

  • 4

    -

    () , . . (- ), flip-flop ( RS) (flip-flop D ). , . , , ,