Синхронные переходы состояния и роль такта

Всё состояние обновляется вместе на одном фронте

Пусть $Q_k$ — вектор состояния синхронной схемы, $X_k$ — вход. Основная спецификация:

F — функция следующего состояния, G — функция выхода. Такт определяет не содержание вычисления, а момент сохранения вычисленного следующего состояния. Каждый из нескольких регистров^{iРегистр хранит многобитное состояние. Синхронные регистры в этом курсе записывают определённый вход на фронте тактового сигнала. Подробнее} вычисляет своё следующее значение из одного общего прежнего состояния.

Q проходит комбинационную F, образуя вход следующего состояния. Сохранённое значение возвращается как Q следующего интервала: вычисление между фронтами отделяется от хранения на фронте.

Период должен учитывать самый медленный путь

Нужно время и на появление нового значения на выходе регистра, и на его прохождение через комбинационную схему к следующему регистру. До очередного фронта должен оставаться запас setup^{iВремя предустановки (setup) — минимальное время, в течение которого входные данные должны быть стабильны до захватывающего фронта такта. При нарушении результат записи не гарантирован. Подробнее}. Короткая запись кода не гарантирует высокой тактовой частоты.

Период 10 ns соответствует 100 MHz.

Не пропускайте преобразование единиц: обратная величина 1 ns — 1 GHz, 1 ps — 1 THz. Заданный в симуляции период — расписание входного сигнала, а не измеренное подтверждение работы физической схемы на этой частоте.

Интерпретация сигналов между фронтами

Выход регистра хранит логическое состояние до следующего действительного фронта, а комбинационный выход может меняться между фронтами. Исключения зависят и от синхронности сброса^{iСброс возвращает состояние к заданному начальному значению. Нужно определить, синхронен он или асинхронен и имеет ли приоритет над другими управляющими сигналами. Подробнее}. Практикумы курса используют один такт и синхронный сброс.

До чтения диаграммы задайте моменты действительности входов, обновления состояния и наблюдения выходов. Уравнения состояния точнее программного представления «на каждом такте исполняется одна строка кода».