Szekvenciális logika

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A digitális áramköröknél a szekvenciális logika egy olyan logikai áramkör, ahol az áramkör kimenete nem csak a bemeneti jelek állapotától függ, hanem a bemenő jelek korábbi állapotától is. Ennek ellentéte a kombinációs logika, ahol a kimenetek állapota csak a bemenetektől függ. Ez azt jelenti, hogy a szekvenciális logikának van állapota (memóriája), míg a kombinációs logikának nincs. Más szóval, a szekvenciális logika egy kombinációs logika memóriával.[1]

A szekvenciális logika fontos építőeleme szinte az összes digitális áramkörnek, memória áramkörnek, számítógépeknek. A gyakorlatban minden digitális készülék a szekvenciális logika és a kombinációs logika (kombinációs hálózat) keveréke.[1]

A digitális szekvenciális logikai áramkörök két részre oszthatók: szinkron és aszinkron áramkörökre. Szinkron áramkörökben az állapotok csak egy diszkrét időben változhatnak, amit az órajel biztosít. A szinkron esetben a kimeneti jel, és az áramkör állapota csak akkor változik, ha az órajel lehetővé teszi. Aszinkron áramkörökben nincs órajel, a kimenet változása közvetlenül a bemeneti jelek változásnak függvénye.

Szinkron szekvenciális logika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Közel az összes szekvenciális logika órajellel működik. Egy szinkron logikában az órajelet egy elektronikus oszcillátor állítja elő. Minden szekvenciális áramkörben az elemi szekvenciális logika a flip-flop. A flip-flop kimenete csak akkor változik ha az órajel változik. Az teljes áramkörben mindig csak az órajel hatására történik állapot változás, melyet az órajel szinkronizál. Az összes tároló elem (flip-floppok) kimenete tartalmazza az áramkör aktuális állapotát. Minden következő órajelre történő állapotváltozás az előző állapottól függ. A szinkron logika fő előnye az egyszerűség. Az órajelek közötti időnek elégnek kell lennie, hogy a logika minden eleme fel tudja venni az új állapotot. Ezt az időt terjedési időnek hívják, és függ az áramkörök típusától, és az órajel periódus idejétől. Ezek határozzák meg a szinkron szekvenciális logika működési sebességet. A szinkron áramköröknél nincs hazárd és nehezen kiszámítható terjedési idő probléma. Hátrányai:

  • A legnagyobb elérhető órajel frekvenciát az áramkör leglassúbb eleme korlátozza (kritikus útvonal). Az összes logikai elemnek „alkalmazkodni „ kell a leglassúbb elemhez. Ezért a szinkron áramkör lassabban működik, mint az aszinkron. Létezik módszer a gyorsításra, ezt pipelining-nek hívják, és úgy működik, hogy szétválasztják egyes komplex elemeket egyszerűbb csoportokra. Ezt a módszert elterjedten alkalmazzák mikroprocesszorokban.
  • Az órajelet el kell juttatni minden flip-flophoz. Az órajel általában nagyfrekvenciás jel, szétosztása az egyes elemekhez többlet energiát igényel, és hőt termel. Az éppen nem működő tárolókhoz is eljut az órajel, és energiát fogyaszt.
Szinkron logika: egy 4 bites shiftregiszter

Aszinkron szekvenciális logika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az aszinkron logika nem órajellel működik, a kimenete csak akkor változik, ha a bemeneti jel változik. Ezért az aszinkron logika gyorsabb, mint a szinkron, mert nem kell várni a következő órajelre, hanem azonnal hatása van a bemeneti jel változásra. Az áramkör sebességét a terjedési idő és a logikai kapuk sebessége korlátozza. A hátrány, hogy az aszinkron áramköröket nehezebb tervezni, és olyan problémák merülhetnek fel, amik a szinkron logikában nem fordulnak elő. Versenyhelyzet fordulhat elő, amikor egy logikai elem bemenetére különböző útvonalból jönnek jelek. Ez úgynevezett hazárdjelenséget okozhat, amikor az egyik bemenet változása hamarabb okoz változást a kimeneten, mielőtt a másik bemeneti jel odaérne, és hamis kimeneti jelet produkálhat, amit glitch-nek hívnak. Ez nem fordulhat elő a szinkron áramkörökben, mert ott csak akkor történik változás, amikor az órajel megfelelő éle előidézi a változást. Az órajel ütemét és a teljes áramkört úgy kell tervezni, hogy a versenyfutási jelenségek már megtörténjenek, mielőtt az órajel érvényessé teszi a változást. Aszinkron logikát néhány kritikus áramköri részben alkalmaznak, így mikroprocesszoroknál is, a többi rész szinkron működésű. Az aszinkron logika tervezésének számos matematikai modellje ismert, a számítógépes tervezés fejlődése nagy segítséget nyújt a tervezőknek.[2]

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Christopher Schenk - Ulrich Tietze: Analóg és digitális áramkörök. (hely nélkül): MŰSZAKI KÖNYVKIADÓ KFT. 2000. ISBN 9631600106  
  • Zvi Kohavi, Niraj K. Jha: Switching and Finite Automata Theory. 3rd ed. (hely nélkül): Cambridge University Press.. 2009. ISBN 9780521857482  

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]