BLOCCHI BASE

1. INTRODUZIONE

Utilizzeremo blocchi (insiemi) di porte logiche già studiati ad Architetture I.
Di ciascuno di questi blocchi non ci interessa più lo schema circuitale, ma la sua funzione logica (deducibile dalla tabella di verità).

2. BLOCCHI COMBINATORI

Blocchi di porte logiche connesse in modo aciclico t.c. i segnali in uscita in un dato istante dipendono solo dai segnali in ingresso in quello stesso istante.

2.1 Codificatori

Codificatore:

Schema a blocchi:

N ingressi >> n=log₂N uscite
Tabella di verità: come quella del decodificatore, ma con input ed output invertiti.
Funzione logica: creazione della tabella di codifica.
Questa stabilisce una corrispondenza biunivoca fra stringhe di bit (gli OUTPUT) ed il loro significato (gli INPUT).
La Tabella di Codifica corrisponde alla Tabella di Verità del codificatore.

Decodificatore:

Schema a blocchi:

n ingressi >> N=2ⁿ uscite

Tabella di verità (per n=3):

Input e₀ e₁ e₂	Output u₀ u₁ u₂ u₃ u₄ u₅ u₆ u₇
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1	1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

L'uno è sull'uscita indicata dal numero binario in input.

Funzione logica: riconoscimento
Riconosce un certo input riassegnandogli il suo significato.

Transcodificatore:

Schema a blocchi:

Collegamento di un decodificatore con un codificatore scambiando i fili.
Tabella di verità:
Funzione logica: cambiare codifica.
I segnali in input entrano codificati in un certo modo ed escono codificati in un altro modo.

Rom:

Schema a blocchi:

n ingressi >> N=2ⁿ uscite

Tabella di verità (per n=3):

Input e₀ e₁ e₂	Output u₀ u₁ u₂ u₃ u₄ u₅ u₆ u₇
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1	valori stabiliti dal costruttore

Funzione logica: la ROM non è nient'altro che una particolare implementazione di un transcodificatore.
Se, infatti, si pensa allo schema circuitale della ROM, si vede che rispetto al transcodificatore realizzato con decodificatore + codificatore, il decodificatore rimane inalterato, il codificatore è sostituito dalle celle di memoria.

2.2 Commutatori

Multiplexer:

Schema a blocchi:

N ingressi, n=log₂N linee di indirizzamento >> 1 uscita

Tabella di verità(per N=4):

Input e₀ e₁ e₂ e₃ i₀ i₁	Output u
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1	0 0 0 0 1 1 1 1

Le linee di indirizzamento i₀ ed i₁ specificano quale entrata connettere all'uscita.

Funzione logica: interruttore variabile.

Demultiplexer:

Schema a blocchi:

1 ingresso, n=log₂N linee di indirizzamento >> N uscite
Tabella di verità: come quella del multiplexer, ma con input ed output invertiti.
Funzione logica: ?
Qualunque sia il segnale in ingresso, esso si ripropone sull'uscita identificata dalle linee di indirizzamento.

Multiplexer + demultiplexer:

Schema a blocchi:

collegamento di un multiplexer con un demultiplexer.
Tabella di verità
Funzione logica: trasferimento di informazioni.
Nei calcolatori viene usato per portare stringhe di bit da un pto ad un altro.
Viene utilizzato perchè:
a) diminuisce il numero di cavi necessari per connettere 2 pti (per unire N pti, invece di N cavi, bastano un cavo per l'uscita del multiplexer più log₂N cavi per le linee di indirizzamento);
b) mittente e destinatario sono variabili (vengono stabiliti tramite linee di indirizzamento).

2.3 Sommatori aritmetici

Half adder:

Schema a blocchi:

Tabella di verità:

Input a b	Output r s
0 0 0 1 1 0 1 1	0 0 0 1 0 1 1 0

r rappresenta il riporto.

Funzione logica: somma aritmetica di due bit.

Full adder:

Schema a blocchi:

Tabella di verità:

Input a b r_in	Output r_out s
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1	0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1

Funzione logica: somma aritmetica di tre bit.

Addizionatore aritmetico:

Schema a blocchi:

Catena di full adder.
Tabella di verità:
Funzione logica: somma aritmetica di due stringhe binarie rappresentanti numeri interi.
Sfruttando l'addizionatore aritmetico, si possono anche eseguire sottrazioni aritmetiche grazie alla proprietà della rappresentazione in complemento a due dei numeri interi per il calcolo dell'opposto.

2.4 Comparatori

Comparatore aritmetico:

Schema a blocchi:
Tabella di verità:
Funzione logica: confronto fra stringhe di bit rappresentanti numeri interi.
Funzionano nel seguente modo: si fa l'opposto di uno dei due numeri in input (tramite la proprietà della rappresentazione in complemento a due dei numeri interi) e poi il risultato viene sommato con l'altro input. Se la somma è zero, i due numeri sono uguali. Se la somma è maggiore o minore di zero (cioè il primo bit della somma è 0 o 1), uno dei due numeri è maggiore o minore dell'altro.

Comparatore logico:

Schema a blocchi:
Tabella di verità:
Funzione logica: confronto fra stringhe di bit rappresentanti una qualsiasi cosa che ha senso comparare.
Dà soltanto l'eguaglianza.

2. BLOCCHI SEQUENZIALI

Blocchi di porte logiche t.c. i segnali in uscita in un dato istante NON dipendono solo dai segnali in ingresso in quello stesso istante (c'è una memoria finita degli input passati, che può influenzare gli output attuali).

2.1 Flip-Flop

Tipo JK:

Schema a blocchi:

Tabella di verità:

Input in t J K Clk	Output in t Q
0 0 \| 0 1 \| 1 0 \| 1 1 \| x x _	Q(t-1) 0 1 ¬Q(t-1) Q(t-1)

Funzione logica: memorizzazione di un bit: lettura, scrittura, mantenimento, toggle.

2.2 Contatori

Contatore binario:

Schema a blocchi:
Tabella di verità:
Funzione logica: conta i cicli di clock passati a partire dalla stringa nulla: ad ogni colpo di clock incrementa di uno la stringa in uscita.

Contatore binario preselezionabile:

Schema a blocchi:
Tabella di verità:
Funzione logica: conta i cicli di clock passati a partire dalla stringa che riceve in input: ad ogni colpo di clock incrementa di uno la stringa in uscita.
'Ab' abilita l'input.

2.3 Registri o buffer

Registro di memorizzazione:

Schema a blocchi:

Insieme di FF JK (tanti quanto è lunga la parola).
Tabella di verità:
Funzione logica: memorizza una certa stringa. La stringa da memorizzare è mandata come input al circuito e viene mantenuta in memoria fino al colpo di clock successivo. Dunque si fa arrivare il clock solo quando si vuole leggere il contenuto memorizzato.

Registro a scorrimento (shift register):

Schema a blocchi: shift left seriale-parallelo; shift left parallelo-seriale; shift right seriale-parallelo; shift right parallelo-seriale;
Tabella di verità:
Funzione logica: moltiplica / divide per due o suoi multipli (shift a dx divide, shift a sn moltiplica). Inoltre Converte seriale in parallelo e parallelo in seriale (vedi '2.4 Reti' subito di seguito).

2.4 Reti

Per spostare una stringa da un punto ad un altro in un calcolatore esistono due metodi di trasmissione: seriale e parallelo.

Parallelo:

Ogni uscita del mittente viene collegata con una entrata del destinatario.
Più semplice, più veloce, più costoso.
Seriale:

Una sola linea collega mittente con destinatario. Su questa linea viaggiano: la stringa da inviare (i bit vengono inviati uno dopo l'altro), il clock (mittente e destinatario devono avere lo stesso clock), un segnale di sincronismo (segnala l'inizio della trasmissione della stringa).
Più lento (i bit si devono mettere in fila - il tempo che si impiega è proporzionale alla lunghezza della stringa da inviare), più economico (un solo filo).

In genere, per connettere componenti all'interno del calcolatore (registri, ...) si usa la trasmissione parallela, per connettere componenti esterni al calcolatore (tastiera, monitor, modem,...) si usa la trasmissione seriale.
I registri a slittamento si occupano di convertire una trasmissione parallela in seriale e viceversa.
Confronto