Warum stempeln wir Flip Flops?

Ein Grund, warum wir Flip-Flops so takten, dass es kein Chaos gibt, wenn die Ausgänge von Flip-Flops über einige Logikfunktionen und zurück zu ihren eigenen Eingängen geleitet werden.

Wenn der Ausgang eines Flip-Flops ist Zur Berechnung seiner Eingabe ist ein geordnetes Verhalten erforderlich: Um zu verhindern, dass sich der Zustand des Flip-Flops ändert, bis die Ausgabe (und damit die Eingabe) stabil ist.

Mit dieser Taktung können wir bauen Computer, die Zustandsautomaten sind: Sie haben einen aktuellen Status und berechnen ihren nächsten Status basierend auf dem aktuellen Status und einigen Eingaben.

Angenommen, wir möchten eine Maschine erstellen, die ein Inkrement „berechnet“ 4-Bit-Zählung von 0000 bis 1111, a nd dreht sich dann um 0000 und macht weiter. Wir können dies tun, indem wir ein 4-Bit-Register verwenden (das eine Bank von vier D-Flip-Flops ist). Der Ausgang des Registers wird durch eine kombinatorische Logikfunktion geleitet, die 1 (einen Vier-Bit-Addierer) addiert, um den inkrementierten Wert zu erzeugen. Dieser Wert wird dann einfach in das Register zurückgeführt. Immer wenn die Taktflanke eintrifft, akzeptiert das Register den neuen Wert, der eins plus seinem vorherigen Wert ist. Wir haben ein geordnetes, vorhersehbares Verhalten, das die Binärzahlen ohne Fehler durchläuft.

Taktverhalten ist auch in anderen Situationen nützlich. Manchmal hat eine Schaltung viele Eingänge, die sich nicht gleichzeitig stabilisieren. Wenn der Ausgang sofort aus den Eingängen erzeugt wird, ist er chaotisch, bis sich die Eingänge stabilisieren. Wenn wir nicht wollen, dass die anderen vom Ausgang abhängigen Schaltkreise das Chaos sehen, machen wir den Schaltkreis getaktet. Wir lassen eine großzügige Zeitspanne, bis sich die Eingänge gesetzt haben, und geben dann der Schaltung an, die Werte zu akzeptieren.

Die Taktung ist ebenfalls Teil der Semantik einiger Arten von Flip-Flops. Ein D-Flip-Flop kann nicht ohne einen Takteingang definiert werden. Ohne einen Takteingang ignoriert er entweder seinen D-Eingang (nutzlos!) Oder kopiert den Eingang jederzeit (kein Flip-Flop!). Ein RS-Flip-Flop hat keinen Takt, verwendet jedoch zwei Eingänge um den Zustand zu steuern, der es ermöglicht, dass die Eingänge „selbsttaktend“ sind: dh die Eingänge sowie die Auslöser für die Zustandsänderung. Alle Flip-Flops benötigen eine Kombination von Eingängen, die ihren Zustand programmieren, und eine Kombination von Eingängen Sie behalten ihren Zustand bei. Wenn alle Kombinationen von Eingängen die Programmierung auslösen oder wenn alle Kombinationen von Eingängen ignoriert werden (Zustand wird beibehalten), ist dies nicht sinnvoll. Was ist nun eine Uhr? Eine Uhr ist ein spezieller, dedizierter Eingang, der unterscheidet, ob die Andere Eingaben werden ignoriert oder ob sie das Gerät programmieren. Es ist nützlich, diese als separate Eingabe zu verwenden, anstatt sie zwischen mehreren Eingaben zu codieren.

Kommentare

• Es ist sinnvoll, wenn Sie die Notwendigkeit der Taktung für Zähler oder Zustandsmaschine erklären. Wenn dort ‚ s ist überhaupt keine Uhr, dann ändert der Zähler ständig seinen Wert (& reset) & unendlich anfangen? und das gleiche mit Zustandsmaschine. (Nach dem, was ich aus dem Wiki gelesen habe, wird nur eine Art von Zustandsautomaten gezählt, da die Zustände geändert werden.) Aber auch bei Registern verwenden wir die Uhr, in diesem Fall warum? Ich möchte auch wissen, ob es Flipflops gibt (die in einer Anwendung ohne Takt verwendet werden können).
• Wenn sich die Ausgänge ständig ändern, gewinnen andere Geräte, die Flipflops benötigen, ‚ kann es nicht korrekt empfangen und es kann zu fehlerhaftem Verhalten kommen. Ist das also Stabilitätsproblem? Jetzt versuche ich das Konzept der Stabilität zu verstehen. Insbesondere diese beiden Paras haben Sie erklärt: „, um zu verhindern, dass sich der Status des Flip-Flops ‚ bis zum Ausgang (und damit zum Eingang) ändert. ist stabil. “ “ Manchmal hat eine Schaltung viele Eingänge, die sich nicht gleichzeitig stabilisieren “

Ein Flipflop mit steigender Flanke kann als zwei Latches hintereinander betrachtet werden , von denen eine kurz nachdem das Taktsignal niedrig wird, aktiviert wird und aktiviert bleibt, bis es hoch geht; Die Sekunde wird aktiviert, kurz nachdem die Uhr hoch geht, und bleibt aktiviert, bis sie niedrig wird.Ein kurzer Moment, in dem keines der Flip-Flops aktiviert ist, bedeutet, dass der Ausgang eines Flip-Flops über eine kombinatorische Logik sicher zu seinem Eingang zurückgeführt werden kann. Eine Änderung des Ausgangs in einem Taktzyklus kann dazu führen, dass sich der Eingang ändert, aber diese Eingangsänderung hat bis zum nächsten Taktzyklus keine Auswirkungen.

In der Vergangenheit war dies bei digitalen Geräten häufig der Fall um einen sogenannten „Zweiphasentakt“ zu verwenden, der zwei Taktdrähte hatte, die für nicht überlappende Intervalle während jedes Zyklus hoch waren. Alle Latches sind in zwei Gruppen unterteilt, wobei ein Takt die erste Gruppe von Latches und steuert der andere Takt steuert den zweiten, in den meisten Fällen werden die Ausgänge jeder Gruppe nur zur Berechnung der Eingänge des anderen verwendet. Jeder Taktzyklus besteht aus einem oder mehreren Impulsen des ersten Takts, von denen mindestens einer das Minimum erfüllen muss -Längenangaben und ein oder mehrere Impulse auf der Sekunde (gleiche Anforderung). Ein Vorteil eines solchen Designs besteht darin, dass es sehr tolerant gegenüber Taktversatz sein kann, vorausgesetzt, die Totzeit zwischen Taktphasen überschreitet den Taktversatzbetrag. Zwei Nachteile von Solche Designs sind, dass sie zwei Uhr laufen müssen Überall Drähte, und um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen, muss man die Logik im Allgemeinen in zwei Gruppen aufteilen und versuchen, die Ausbreitungsverzögerungen zwischen ihnen auszugleichen.

Ein „modernerer“ Ansatz besteht darin, jedes Verriegelungselement zu haben (registrieren) einen einzelnen Taktdraht empfangen und im Wesentlichen seine eigenen internen nicht überlappenden Takte erzeugen. Dies erfordert, dass der maximale Taktversatz die minimale Laufzeit zwischen den Registern nicht überschreitet, aber moderne Werkzeuge ermöglichen es, den Taktversatz genauer zu steuern, als dies in den vergangenen Jahrzehnten möglich war. In vielen Fällen vereinfacht die einphasige Taktung das Entwerfen, da die Logik nicht mehr in zwei Gruppen aufgeteilt werden muss.

Wir alle wissen, dass digitale Realschaltungen eine Menge Gates enthalten werden. Ein Signal muss möglicherweise mehrere Pfade nehmen, um zum letzten Gate zu gelangen, das den Ausgang liefert. Es dauert einige Zeit, bis sich ein Signal auf den verschiedenen Pfaden „ausbreitet“, die das letzte Gate erreichen. Die für die Ausbreitung benötigte Zeit ist auf verschiedenen Pfaden nicht gleich. Dies führt zu dem, was wir als Pannen bezeichnen. Störungen treten auf, da einige Pfade kürzer als andere sind. Wenn ein Signal das letzte Gate früher erreicht und den kürzeren Pfad nimmt, wirkt es sich unmittelbar aus, bevor die anderen Signale auf dem längeren Pfad das Gate erreichen. Die Ausgabe, die dies momentan ergibt, ist falsch und kann in einer digitalen Schaltung gefährlich werden, was zur Ausbreitung von Fehlern führt.

Nun komme ich zu dem Grund, warum wir eine Uhr benötigen. Eine Uhr „synchronisiert“ die Schaltung im Wesentlichen mit einem einzelnen externen Signal. Betrachten Sie es als einen Beat, bei dem die Schaltung so eingestellt ist, dass sie Musik mag. Dinge geschehen im Einklang mit dieser Uhr, keine Uhr = Schaltung ist deaktiviert. Durch die Verwendung der Uhr stellen wir sicher, dass die verschiedenen Teile der Schaltung zur gleichen Zeit in Harmonie arbeiten. Auf diese Weise ist das Verhalten der Schaltung vorhersehbarer. Es wird auch weniger durch Änderungen der Ausbreitungsverzögerung durch Temperatur und Herstellungsschwankungen beeinflusst. Dies deckt den Takt ab.

Flip-Flops sind solche digitalen Schaltungselemente, die eine Aktion ausführen (Änderung ihres Ausgangs als Reaktion auf einen Eingang an ihrem Eingangsport), wenn eine „CLOCK EDGE“ auftritt. Die Taktflanke ist, wenn das Taktsignal von 0 auf 1 oder von 1 auf 0 geht. Zeichnen Sie einfach eine Taktwelle und Sie werden wissen, was ich meine. Es gibt eine andere Gruppe von Elementen, die als Latches bezeichnet werden. Die Ausgabe der Latches ändert sich, um die Eingabe widerzuspiegeln, wenn sich ein bestimmtes Steuersignal auf einem bestimmten logischen LEVEL befindet. Warten Sie nicht auf Flanken. Dieses Steuersignal wird in Latches als ENABLE bezeichnet. Latches funktionieren möglicherweise Wenn enable 1 ist und die Ausgabe ändert oder wenn enable 0 ist, hängt dies vom Latch-Typ ab. Im Gegensatz dazu tun Flips-Flops tatsächlich nur dann etwas, wenn sie von einer Uhr gespeist werden EDGE. Bitte beachten Sie diesen Unterschied zwischen Latches und Flip-Flops und denken Sie daran, dass Latches miteinander verbunden sind, um ein Flip-Flop zu erstellen, sodass die Freigabe nur bewirkt, dass das Flip-Flop etwas tut, wenn eine Taktflanke auftritt. In diesem Fall nennen wir das Enable-Signal zu Uhr, und es ist auch sinnvoller. Die Uhr für Menschen geht Tick Tick Tick, der Flip Flop macht etwas nur bei Ticks und NICHTS zwischen den Ticks.

Wenn es immer noch nicht klar ist als Sie wird davon profitieren, wenn Sie den nptelhrd-Vortrag des Indian Institute of Tec auf Youtube sehen hnologie auf digitalen Schaltkreisen.

Kommentare

• “ Durch die Verwendung der Uhr stellen wir sicher, dass die verschiedenen Teile der Schaltung arbeiten in Harmonie zur gleichen Zeit. “ – wie machen wir das? Ich werde mir die Videos ansehen.
• Bitte beachten Sie, dass die Flip-Flops Geräte sind, die ihren Ausgang ändern, um den Eingang an der steigenden Flanke (oder der fallenden Flanke, wenn es sich um ein durch eine negative Flanke ausgelöstes Flip-Flop handelt) von zu reflektieren ein Steuersignal für ein durch eine positive Flanke ausgelöstes Flipflop.Dieses Steuersignal wird aufgrund seiner periodischen Natur als Uhr bezeichnet, eher wie das Tick-Tick unserer Wanduhren. Wenn ein Taktsignal vorhanden ist, wird das Flip-Flop etwas tun, andernfalls wird durch den Eingang nichts mit dem Ausgang geschehen. Bitte kennen Sie den Unterschied und die Ähnlichkeit zwischen Latches und Flip-Flops bereits in einem frühen Stadium, um nicht verwirrt zu werden.

Weil es einfacher ist, synchrone Systeme zu entwerfen (synchrones System bedeutet jede Sammlung kombinatorischer Logik und getakteter Flip-Flops) als asynchrone Systeme und synchron Systeme sind zuverlässiger. Das Design einer asynchronen Zustandsmaschine ist jedoch eine Untersuchung wert, da es eine Ausgabe viel schneller und mit geringerer Leistung als ein synchrones System berechnen kann.