Architecture des ordinateurs - Licence Informatique

Architecture des ordinateurs
Licence Informatique - Universit´ e de Provence
Jean-Marc Talbot
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Circuits s´ equentiels
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Circuits s´ equentiels
Dans un circuit s´ equentiel, les valeurs de sorties d ´ ependent ` a la fois
des valeurs des entr´ ees
des valeurs ant´ erieurs de (certaines) sorties
Le temps est un param` etre dans les circuits s´ equentiels
Ils permettent de stocker une information au cours du temps et sont
donc l’´ el´ ement principal des m´ emoires
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Bascule RS
R´ etro-action crois´ ee entre
les sorties Q1et Q2.
En coupant cette r´ etro-action,
Sorties en fonction des entr´ ees :
Q0
1=Q2+R Q0 2=Q1+S
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Bascule RS : ´ etats stables
Q0
1=Q2+R Q0 2=Q1+S
Le circuit est dans un ´ etat stable lorsque (pour R,Sinchang´ ees)
Q0
1=Q1et Q0 2=Q2
Supposons :
la bascule stable ` a l’instant t
les sorties Q1et Q2valent respectivement Qt
1et Qt 2`
a ce mˆ eme instant t.
Les valeurs ` a l’instant t+1 sont obtenues lorsque le syst` eme est stable (pour les
sorties et des valeurs constantes de Ret S).
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Bascule RS : R=0, S=1
Selon les valeurs de Ret S
Q0
1=Q2+R Q0 2=Q1+S
R=0 et S=1, on a alors
t+εt+2εt+3ε
Q1Qt
211
Q2000
Q0
1=Q2+0=Q2Q0 2=Q1+1=0
Qt+1
1=1 et Qt+1
2=0
On met Q1` a1(Set)
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Bascule RS : R=1, S=0
Selon les valeurs de Ret S
Q0
1=Q2+R Q0 2=Q1+S
R=1 et S=0, on a alors
Q1000
Q2Qt
111
Q0
1=Q2+1=0Q0 2=Q1+0=Q1
Qt+1
1=0 et Qt+1 2=1
On met Q1` a0(Reset)
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Bascule RS : R=S=0
Pour R=0,S=1 et R=1,S=0, les sorties v ´ erifient
Q1=Q2
R=S=0, on a alors
Q1Qt
2Qt
1Qt
2. . .
Q2Qt
1Qt
2Qt
1. . .
Q0
1=Q2+0=Q2Q0 2=Q1+0=Q1
Si Qt
1=Qt
2alors on a un ´
etat stable.
Qt+1
1=Qt
1et Qt+1
2=Qt
2(On m´
emorise)
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Bascule RS : exemple
Lorsque R=0,S=1 le circuit est mis ` a 1
Lorsque R=1,S=0 le circuit est mis ` a 0
Lorsque R=0,S=0 le circuit restitue la valeur m´ emoris ´ ee
S
R
Q1
t t0
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Bascule RS : R=S=1
Si R=S=1 alors Q0
1=Q2+1Q0 2=Q1+1
on obtient un ´ etat stable
Qt+1
1=0 et Qt+1 2=0
Cependant, repasser ` aR=S=0 rend le circuit instable
Q1010. . .
Q2010. . .
Pour R=S=1, on consid` ere que le circuit est dans un ´ etat ind´ efini.
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Bascule RS : le circuit
Dans un fonctionnement normal de la bascule RS, Q1et Q2sont
compl´ ementaires. Ainsi, on note Q1,Qet Q2,Q.
R
S
RS Q
Q
On consid´ ere donc le fonctionnement du circuit uniquement pour une
sortie Q.
S R Qt+1
0 0 Qt
0 1 0
1 0 1
1 1 ind´ efini
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Bascule D : le circuit
W
D
D
Q
Quand W=1 alors la sortie de la bascule vaut Det cette valeur
est m´ emoris ´ ee
Quand W=0 alors la bascule reste dans le mˆ eme ´ etat et la
sortie vaut la derni ` ere valeur m´ emoris ´ ee.
D=Data W =Write
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Bascule D (II)
D W Qt+1
0 0 Qt
1 0 Qt
0 1 0
1 1 1
Quand W=0 alors R0=S0=0
la bascule RS restitue la valeur m ´ emoris ´ ee
Quand W=1 alors
Isi D=1 alors R0=0,S0=1. la bascule RS fait Set
Isi D=0 alors R0=1,S0=0. la bascule RS fait Reset
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Horloge (I)
Les circuits pr´ ec´ edents sont dit asynchrone : leur sorties ´ evoluent d` es
que les entr´ ees changent. Il n’y a pas de contrˆ ole sur les instants o` u
entr´ ees et sorties changent.
Ceci est bien-sˆ ur probl´ ematique si les diff´ erentes valeurs d’entr´ ee ne
sont pas toutes disponibles en mˆ eme temps.
On op` ere alors ` a une synchronisation qui s’effectue ` a l’aide d’un
signal impulsionnel de fr´ equence fixe appel´ esignal d’horloge.
Pour les circuits synchrones, les sorties ´ evoluent selon les entr´ ees
mais seulement au signal de l’horloge.
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Horloge (II)
front descendantfront montant
p´ eriode
fr´ equence =1
p´ eriode
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Bascule RS synchrone (I)
H
S
R
RS Q
Q
Quand H=0 alors le circuit restitue sur Qla valeur m´ emoris ´ ee
Quand H=1 alors le circuit se comporte comme une bascule RS
(asynchrone).
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Bascule RS synchrone (II)
Quand H=0 alors R0=S0=0
Quand H=1 alors R0=Ret S0=S
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Bascule RS synchrone (II)
H
S
R
Q
t t0
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Bascules d´ eclench´ ees par niveau d’horloge
H
S
R
RS Q
Q
H
S
R
RS Q
Q
La bascule de gauche se d´ eclenche sur le niveau haut de l’horloge
tandis que celle de droite se d´ eclenche sur le niveau bas.
Quand la bascule n’est pas d´ eclench´ ee, on dit qu’elle est verrouill´ ee.
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Bascules d´ eclench´ ees sur front d’horloge (I)
Pour certaines bascules, ce n’est pas la position haute de l’horloge
(niveau d’horloge) qui les active mais le passage du niveau bas au
niveau haut du signal d’horloge (ou inversement).
On parle de bascules d´ eclench´ es par front d’horloge :
sur front montant quand l’horloge est mise de 0 ` a 1.
sur front descendant quand l’horloge est mise de 1 ` a 0.
Le front active la bascule et les entr´ ees sont prises en compte, le
reste de la p´ eriode la bascule est verrouill´ e.
Le d´ eclenchement sur front permet de mieux contrˆ oler l’instant des
actions.
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