Flip Flops/Register auf niedrigem Niveau verstehen

Also lese ich "Elements of Computing Systems" und versuche wirklich zu verstehen, wie alles darunter funktioniert (alle anderen Buch- / Artikelvorschläge, die helfen würden, wären erstaunlich). Schließlich möchte ich diese grundlegenden Dinge auf einem Steckbrett implementieren und vielleicht eines Tages eines bekommen 4-Bit-Computer oder ähnliches geht (aber das ist noch eine Weile hin).

Wie auch immer, ich schaue mir den Abschnitt über sequentielle Logik an, und ich glaube, ich komme mit der "Zeit" oder Uhr durcheinander, wenn es um Register und Flip-Flops geht. Wenn ich an Flip-Flops denke, denke ich an das Schema wie folgt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich bin also etwas verwirrt, wenn es heißt: out (t) = in (t-1). Wie genau wird in diesem Fall eine 0 dargestellt? Ich weiß, dass 1 eine Spannung ist, die gesendet wird, aber wie würde so etwas wie ein Register mit 1 oder 0 wissen, wie man den Zeitunterschied im gesendeten Signal unterscheidet?

Ich bin auch etwas verwirrt über den 1-Bit-Registerteil. Heißt das, wenn eine Last "über die Leitung gesendet" wird, dass die Ausgabe dieselbe ist wie diese Last (ich gehe davon aus, dass die Last gleich ist auf 1 oder ein Strom wird gesendet)

Register/Flip-Flop

Wie Sie sehen, bin ich etwas verwirrt, es tut mir leid, wenn ich überall herumliege, aber ich denke, es ist die "Uhr", die mich aus der Bahn wirft.

andere Quellen oder Verweise: youtube.com/watch?v=fWqBmmPQP40 Jedenfalls dient diese SE nicht zum Teilen von Verweisen und Links.

Antworten (3)

Es gibt Flip-Flops und es gibt Flip-Flops.

Das von Ihnen gezeigte RTL-Schaltbild (Widerstands-Transistor-Logik) ist ein einfacher bistabiler Multivibrator, der durch Impulse an den Eingängen E1 und E2 entweder gesetzt oder zurückgesetzt wird. Wenn Sie beispielsweise E1 hoch pulsieren, wird A1 niedrig und A2 hoch gehen.

"Elements of Computing Systems" spricht von einer anderen Art von Flip-Flops: dem Master-Slave-Flanken-getriggerten Flip-Flop. Anstatt von Impulsen angesteuert zu werden, reagiert diese Art von Flip-Flop auf die steigende Flanke eines (typischerweise) rechteckigen Taktsignals. Der Ausgang des Flip-Flops unmittelbar nach einer solchen Taktflanke stimmt mit dem Eingang direkt vor derselben Taktflanke überein. Hierher kommt die t- und t-1-Notation.

In seiner einfachsten Form besteht das Master-Slave-Flip-Flop vom D-Typ aus acht NAND-Gattern (oder acht NOR-Gattern in RTL) und zwei Invertern. Wie Sie sich vorstellen können, wird es mühsam, dies als Schaltplan mit Widerständen und Transistoren zu zeichnen. Es ist viel einfacher, den Schaltplan für ein Gate zu zeichnen und dann ein Symbol zu verwenden, um diese logische Funktion in Strukturen höherer Ordnung darzustellen.

In den Tagen, als Computer wirklich mit diskreten Transistoren gebaut wurden, war die Master-Slave-Logik jedoch relativ selten. Stattdessen wurden mehrphasige Takte erzeugt, so dass die einfacheren impulsgesteuerten Flip-Flops verwendet werden konnten, wodurch die Gesamtkomplexität der Schaltung gering gehalten wurde.

Es ist erwähnenswert, dass bei der Verwendung diskreter Bauteile Kondensatoren verwendet werden können, um ein flankengetriggertes Verhalten zu erhalten, ohne dass master/slave-Speicherelemente auf Transistorbasis verwendet werden müssen. Die Verwendung von Kondensatoren auf diese Weise kann die Geschwindigkeiten einschränken, mit denen Geräte arbeiten können (ein Gerät mit einem Takt mit ansteigender Flanke kann eine erhebliche Einrichtungszeit erfordern, während der die Daten gültig und der Takt niedrig sind, vor der ansteigenden Flanke), aber die Verwendung von zwei Kappen , zwei Transistoren und zwei Dioden, kann der Verwendung von mehr Transistoren vorzuziehen sein.

Stellen Sie sich das „t“ oben als Taktnummer vor. Das heißt, nach 3.453 Takten befindet sich der Ausgang im Zustand „1“, also also „t+1“ = Taktnummer 3454.

Diese Aussage für die Ausgabe besagt im Grunde, dass die Ausgabe nach einer bestimmten Uhr dieselbe ist wie die, die nach der vorherigen Uhr am Eingang präsentiert wurde.

Es ist eine verwirrende Verwechslung zwischen diskreten und kontinuierlichen Variablen.

Das Buch CODE: Die verborgene Sprache der Computerhardware und -software ist ein großartiges Buch, das mit den Grundlagen der Funktionsweise eines Transistors beginnt und sich zur Erklärung eines ganzen Computersystems aufbaut. Ich empfehle es sehr. Es klingt wie genau das, was Sie lernen wollen. Hoffe das hilft!

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