Signaalinkäsittelytekniikan laboratorio
Digitaalitekniikan perusteet - luento 11

Tiedon siirto

Tiedolla on kaksi siirtotapaa: rinnakkais- ja sarjamuotoinen siirto. Rinnakkaismuotoisessa bitit siirretään kukin omaa linjaansa pitkin. Sarjamuotoisessa bitit siirretään peräkkäin samaa väylää pitkin.

Rinnakkaissiirto:

  • nopea
  • paljon johtimia
  • yksinkertainen
  • samalla matkalla kalliimpi toteutus kuin sarjamuotoisella siirrolla

Sarjasiirto:

  • hidas
  • vähän johtimia
  • mutkikkaampi logiikka
  • samalla matkalla halvempi toteutus kuin rinnakkaismuotoisella siirrolla

Esim. sarjasummain

Siirtorekisterit

Siirtorekisteri sisältää joukon kiikkuja. Koska jokainen kiikku pystyy säilömään yhden bitin verran informaatiota, sisältää n-bittinen rekisteri n kiikkua. n-bittinen rekisteri pystyy siis luonnollisesti säilömään n bittiä binääridataa. Rekisterissä on joukko kiikkuja, mahdollisesti lisättynä kombinaatiopiiriporteilla. Rekisteri suorittaa datan prosessointia.

Käytännössä siirtorekistereitä on neljää tyyppiä. Tyypit luokitellaan datan vastaanoton ja lähetysmuodon mukaan neljään eri ryhmään: SISO (serial in - serial out), SIPO (serial in - parallel out), PISO (parallel in - serial out) ja PIPO (parallel in - parallel out). Alla esitellään eri tyyppien ominaisuudet ja piirrosmerkit lyhyesti. Piirrosmerkeissä olevat numerot ilmaisevat alisteisuutta (ks. aiempaa "Riippuvuusmerkinnöistä")

SISO (perustyyppi):
Koostuu D-kiikuista, anto kytketty seuraavaan D-ottoon. Koko 8:sta bitistä tuhansiin. Huomioitavaa: viive.

SIPO:
4, 8 tai 16 bittinen rekisteri. Rekisterissä tehdään sarja-rinnakkaismuunnos.

PISO:
4, 8 tai 16 bittiä. Rekisterin sisällä tapahtuu rinnakkais-sarjamuunnos.

PIPO:
4, 8 tai 16 bittinen rekisteri. Monipuolista datan käsittelyä.

Esimerkkejä siirtokoneista

Neljän kiikun SISO siirtorekisteri

SISO eli Serial in - Serial out -siirtorekisteri voidaan muodostaa yksinkertaisesti laittamalla joukko D-kiikkuja peräkkäin. Alla esitellään neljäkiikkuisen SISO -siirtorekisterin piirikaavio, piirrosmerkki ja aikakaavio: (Piirikaavioon on selvyyden vuoksi merkitty myös 'välivaiheet' (Sa--Sc), jotka näkyvät aikakaaviossakin)

Kaksisuuntainen siirtorekisteri

Rekisterin siirtosuunta voidaan joskus valita: joko siirto eteenpäin eli alas tai siirto taaksepäin eli ylös. Usein käytännön piireissä on siirtosuunnan valinnan lisäksi myös rinnakkaislataus tai pysäytys. Alla kaksisuuntaisen rekisterin toimintataulukko sekä osatoteutus ottovalitsimella:

Laskurit

Laskuri on tilakone, jonka jokainen tila toistuu määrävälein (= laskurin laskentajakso). Binäärilaskurissa laskentajakso on jokin kakkosen potenssi. n-bittisessä binäärilaskurissa on n kappaletta kiikkuja ja sen laskentajakso on 2n. Laskentasekvenssi on yleensä peräkkäisiä binäärilukuja: 0000, 0001, 0010, 0011, ..., 1110, 1111, 0000, 0001..

Dekadilaskureissa laskentajakso on kymmenen potenssi. Dekadilaskurissa on neljä kiikkua / dekadi. Laskentajaksoja 10 ja 100.

Laskurit voidaan jakaa asynkronisiin ja synkronisiin laskureihin. Alla selvitellään näiden ominaisuuksia ja eroja.

Asynkroniset laskurit

Synkroniset laskurit



4-bittinen asynkroninen binäärilaskuri

Tutkitaan tässä nelibittistä (asynkronista) binäärilaskuria:

4-bittisen laskurin laskentasekvenssi. Taulua luetaan alaspäin, jos käsitellään eteenpäin laskevaa binäärilaskuria ja ylöspäin, jos käsitellään taaksepäin laskevaa binäärilaskuria.
Laskuri voidaan muodostaa esim. JK-kiikuista käyttämällä aina kiikun kellona (CLK) edellisen laskurin invertoitua antoa (Q'), sekä kytkemällä otot J ja K 1:een (eli J=1 ja K=1. Tämähän tarkoittaa sitä, että aina kun JK-kiikku tarkistaa tilansa sen uusi tila on edellisen komplementti ks. JK-kiikun totuustaulu aiemmin kohdasta "kiikkuyhteenveto").

Ajoituskaaviossa muut kiikut (paitsi ensimmäinen) toimivat aina esim. Q0:n laskevalla reunalla, Q1:n laskevalla reunalla jne. koska niiden ottama kellopulssi (CLK) on peräisin edellisen kiikun invertoivasta lähdöstä ja mikäli Q0 laskee, Q0' nousee ja muutos tapahtuu tällöin Q0:n laskevalla reunalla!
Rakenne on erittäin yksinkertainen ja bittimäärää voidaan lisätä helposti laittamalla lisää kiikkuja jonon jatkoksi.
4- bittisen asynkronisen binäärilaskurin piirrosmerkki

Ajoituspulssien synnyttäminen


Jotta saadaan ajallisesti toistuvia tapahtumia, tarvitaan ajoituspulssi. Tämä voidaan järjestää eri tavoin. Tässä katsotaan esimerkinomaisesti niistä kaksi.
Tapa 1 Muodostetaan neljän aloitussignaalin ketju laskurilla ja dekooderilla
Tapa 2 Muodostetaan ajoituspulssi SIPO siirtorekisterillä ja portilla.

Haluttu aikakaavio on esitetty oikealla:
Ajoituspulssin teko laskurilla ja dekooderilla. Tämä on 'vaarallinen tapa', koska olemassa on virhepulssimahdollisuus.

Eli tässä laskuri laskee sekvenssiä 00 -> 01 -> 10 -> 11 ja dekooderista tulee ottosignaalikombinaation mukaan ulostulo T0 -- T3
Ajoituspulssi siirtorekisterillä ja portilla. Suositeltava tapa.

Eli tässä NOR-portti tuottaa siirtorekisterin ottoon ykkösen kun T0=0, T1=0 ja T2=0. Ykkönen otetaan siirtorekisteriin sisään kellopulssin (CLK) tahdittamana. Tämän jälkeen juuri sisäänotettu 1:nen etenee (laskeutuu) siirtorekisterissä eteenpäin kellopulssin (CLK) tahdissa. Piirin antosignaaleista (T0 - T3) on ykkösenä aina yksi sen mukaan missä kohtaa rekisteriä "etenevä ykkönen" sijaitsee.

Paluu päävalikkoon

Tämän sivun sisällöstä vastaa aura@wooster.hut.fi
URL: http://signal.hut.fi/digis/printtaa/luento/
Sivua on viimeksi päivitetty 19.08.2003.