Circuits Combinatoires et Séquentiels

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Facult des sciences de Rabat Licence Professionnelle Rseaux Tlcoms

Chapitre 2 Circuits Combinatoires et SquentielsPar

Amina RADGUI

Anne universitaire 2011-2012

Plan Introduction aux Circuits Logiques Circuits Combinatoires Additionneur Dcodeur Dmultiplexeur

Circuits Squentiels Bascules : RS, RSH, JK, D Registres

Mmoires Compteurs

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Circuits Logiques Les circuits logiques sont des dispositifs qui excutent des oprations sur des variables logiques, transportent et traitent des signaux logiques Deux tats dquilibre = Deux niveaux de tension ou couranta1 a2 a3

Circuit

f1 f2 f3fk

an

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Circuits Elmentaires

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Circuits LogiquesParamtres dun circuit Logique 1. La fonction logique ralise 2. Le coefficient de liaison en entre 3. Le coefficient de liaison en sortie

4. La rapidit de fonctionnement5. Le temps de transition 6. La frquence maximale

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Circuits LogiquesLe coefficient de liaison en entre : Le nombre maximal dentres logiques de llment (dpend de la technologie) Le coefficient de liaison en sortie : Le nombre maximal de branchement de la sortie La rapidit de fonctionnement: Le temps de rponse moyent rep. moy. = ( t10ret + t01ret ) / 2

Le temps de transitiont = max { t10ret , t01ret }

Um 0,5 Um

t

La frquence maximalefmax = 1 / 2t

0,5 Um

t

10 tretard

01 tretard 6

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Les circuits combinatoiresLes signaux de sortie ne dpendent que des signaux dentre, appliqus linstant considr La synthse dun circuit destin raliser une fonction binaire donne comprend quatre tapes : Construire la table de vrit de la fonction logique criture de lexpression de la fonction binaire Simplification de lexpression en vue dobtenir un circuit conomique Passage de lcriture symbolique de lexpression simplifie au schma lectronique du circuit

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Exemples de Circuits CombinatoiresDcodeur, Demi-Additionner

Additionneur CompletMajorit Comparateur

Multiplexeur Dmultiplexeur

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Demi-Additionneur Entres : deux variables boolennes a et b Sorties : la somme s et la retenue r

?

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Demi-AdditionneurTable de vrit : Expression Logique :

Circuit Logique :

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Additionneur Complet un bit Entres : Trois variables boolennes a et b et rin Sorties : La somme s et la retenue rout

?

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Additionneur Complet un bitTable de vrit : Expression Logique :

s a b rinrout a.b (a b ).rinCircuit Logique :

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Additionneur 4 bitsPropagation de la retenueRn

Rn+4

S3

S2

S1

S0

Inconvnient : la propagation des retenues ncessite du temps qui ralentit lopration.

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Additionneur 4 bitsLa retenue anticipe Les cas : 1 pas de retenue Ri = 0Ai Bi Ri-1

Si 0 1

Ri 0 0

N de cas

0 0

0 0

0 1

1

00 1

11 0 0 1 1

01 0 1 0 1

10 1 0 0 1

01 0 1 1

2

2 La retenue propage travers ltage Ri = Ri-1 Termes Pi = ai + bi = 1

1 1 1

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3 La retenue y est indpendamment de RiTermes de gnration Gi = ai bi = 1

Ri = 1

R i G i R i 1.Pi14

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Additionneur 4 bitsLa retenue anticipeA3

B3

A2

B2

A1

B1

A0

B0Rn

R3

R2

R1

R0

G3

P3

G2

P2

G1

P1

G0

P0

Les expressions

R0=G0 + RnP0

R1=G1 + R0P1

R2= G2 + R1P2

R3= G3 + R2P3 = Rn+4

Rn+4 = R3 = G3 + P3G2 + P3P2G1 + P3P2P1G0 + P3P2P1P0Rn Exemples de circuits :SN74LS83A, SN74AS181A, SN74AS182

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Additionneur 4 bitsLe SN74LS83A

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Le DcodeurUn dcodeur permet de dcoder un mot binaire Il comprend n entres et 2n sorties. la ime sortie de dcodeur vaut 1 si les n entres forment lentier i

Exemple : un dcodeur 2 vers 4

Applications : Dcodage dune adresse : (adresse-cellule mmoire), Dcodage dune instruction : (code oprande : commande dun circuit)

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Le multiplexeurUn multiplexeur comporte 2n entres, 1 sortie et n lignes de slection (entres). la sortie du multiplexeur vaut la valeur de la ime entre si lentier i est cod sur les lignes de slection,

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UAL 1 bit

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UAL 4 bits

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Les circuits squentielsDans un circuit squentiel, les valeurs de sorties dpendent la fois des valeurs des entres et des valeurs antrieurs de (certaines) sorties

Le temps est un paramtre dans les circuits squentielsIls permettent de stocker une information au cours du temps et sont donc llment principal des mmoires

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Bascule RSDans un fonctionnement normal de la bascule RS, Q1 et Q2 sont complmentaires.

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Bascule RSExemple :

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Horloge Les circuits prcdents sont dit asynchrone : leur sorties voluent ds que les entres changent. Il ny a pas de contrle sur les instants o les entres et les sorties changent. Ceci est bien sur problmatique si les diffrentes valeurs dentre ne sont pas toutes disponibles en mme temps. On opre alors une synchronisation qui seffectue laide dun signal impulsionnel de frquence fixe appel signal dhorloge. Pour les circuits synchrones, les sorties voluent selon les entres mais seulement au signal de lhorloge.

En ralit:

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Bascule RS synchrone

Quand H = 0 alors R = S= 0 : alors le circuit restitue sur Q la valeur mmorise Quand H = 1 alors R = R et S = S : alors le circuit se comporte comme une bascule RS (asynchrone).

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Bascule RS synchrone

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Bascule D

- Quand W = 0 alors R = S = 0 - Quand W = 1 alors - si D = 1 alors R = 0; S = 1. - si D = 0 alors R = 1; S = 0.

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Bascule JK

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Ralisations Registres Mmoires Compteurs .

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Registres 4 bits

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Registres Dcalage

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MmoiresMmoire 1 bit: - C : entr de contrle - WR: Write - CS : Chip Select - Pilote de bus la sortie : lorsque CS = 0, la ligne Q n'est pas connecte la sortie OUT. Mmoire 4*1bit:

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Mmoire 4*4

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MmoireMmoire 64Kx16 en rassemblant deux puces mmoire 64Kx8

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CompteursCompteur asynchrone 2 bits

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Compteurs asynchrone 4 bits

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Compteurs synchrone

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Conclusion du chapitreCircuits Combinatoires : Ralisation des units de calcul dans les processeurs, oprations de dcodages (adresses , instructions ) En ralit : le temps de passage de 0 1 dans les circuits combinatoires nest pas immdiat (temps de parcours du courant lectrique) ou instantan (temps de rponse dune porte)

Circuits Squentiels : Ralisation des units de stockage et de calcul contenu dans les mmoires et les processeurs

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