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1、数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 第二讲 状态分配及险态问题第二讲 状态分配及险态问题 第五章 异步时序电路第五章 异步时序电路 Asynchronous Logic Circuit 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 一 异步时序网络状态分配的重要性一 异步时序网络状态分配的重要性 比较 比较 同步时序网络同步时序网络 若有n个状态 则所需状态变量数k 1og若有n个状态 则所需状态变量数k 1og2 2n n 不同的状态分配方案 尽管电路的复杂程 度不同 但不会影响网络的正常工作 不同的状态分配方案 尽管电路的复杂程
2、 度不同 但不会影响网络的正常工作 异步时序网络异步时序网络 所需要的状态变量数可能大于k个 所需要的状态变量数可能大于k个 不同的状态分配可能影响网络的正常工作 不同的状态分配可能影响网络的正常工作 3 状态分配 3 状态分配 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例 不同分配方案之比较 例 不同分配方案之比较 方案一方案一 y1y2 x1x2 y 0001 1110 00 1 2 4 01 2 3 11 3 4 2 10 4 1 3 0000 1010 输入变化时 从一个稳态转换到另一个稳态 均只有 一个状态变量发生变化 输入变化时 从一个稳态转换到另一个
3、稳态 均只有 一个状态变量发生变化 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例 不同分配方案之比较 例 不同分配方案之比较 方案二方案二 y1y2 x1x2 y 0001 1110 00 1 2 4 01 2 3 10 3 4 2 11 4 1 3 0000 1111 状态转换时 可能有两个状态变量同时发生变化 状态转换时 可能有两个状态变量同时发生变化 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 y1y2 x1x2 y 00011110 00 1 2 4 01 2 3 10 3 4 2 11 4 1 3 00 y1y2 00 x1x
4、2 00 10 y1 先 到 达 先 到 达 y1y2 10 01 y1y2 01 11 10 例 方案二引起的竞争 例 方案二引起的竞争 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 y1y2 x1x2 y 00011110 00 1 2 4 01 2 3 10 3 4 2 00 y1y2 00 x1x2 00 10 y2 先 到 达 先 到 达 y1y2 01 01 例 方案二引起的竞争 例 方案二引起的竞争 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 状态转换期间 几个状态变量同时发生变化时 它 们在网络输入端出现的有先有后现象为 状
5、态转换期间 几个状态变量同时发生变化时 它 们在网络输入端出现的有先有后现象为竞争现象竞争现象 危险竞争 临界竞争 危险竞争 临界竞争 非危险竞争 非临界竞争 非危险竞争 非临界竞争 竞争竞争 在设计中 要避免危险竞争发生 在设计中 要避免危险竞争发生 例 方案比较结论 例 方案比较结论 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 二 无竞争分配方法二 无竞争分配方法 什么是无竞争分配的方法 什么是无竞争分配的方法 如果状态分配方案中 全部状态之间的转换如果状态分配方案中 全部状态之间的转换只有一 个状态变量 只有一 个状态变量发生变化 则称这种分配为无竞争分配 发
6、生变化 则称这种分配为无竞争分配 1 最少状态变量的状态分配1 最少状态变量的状态分配 2 n状态变量的状态分配2 n状态变量的状态分配 两种分配方法两种分配方法 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 1 最少状态变量的相邻状态分配1 最少状态变量的相邻状态分配 1 无竞争的状态相邻图1 无竞争的状态相邻图 0101 00 01 1110 00 01 1110 100101 111 110 000001 011 010 100101 111 110 000001 011 010 一变量 二变量 三变量 一变量 二变量 三变量 两个相邻状态的编码都只有一个变量不
7、同两个相邻状态的编码都只有一个变量不同 每个状态的相邻状态数等于状态变量数 如果电路状态能沿相邻图连线进行转换 就可避免竞争 如果已知每个状态的相邻状态数 则可确定最少状态 变量数目 每个状态的相邻状态数等于状态变量数 如果电路状态能沿相邻图连线进行转换 就可避免竞争 如果已知每个状态的相邻状态数 则可确定最少状态 变量数目 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 2 分配方法2 分配方法 1 分析流程表中 有哪些状态转换对 1 分析流程表中 有哪些状态转换对 2 画相邻图 确定最少状态变量数 2 画相邻图 确定最少状态变量数 3 状态分配 3 状态分配 数 字
8、 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例1 无竞争状态分配 例1 无竞争状态分配 1 分析状态转换时的相邻要求 A 1 分析状态转换时的相邻要求 AB A B AC C C CD D 2 每个状态的相邻状态数不超 过2 所以状态变量数为2 2 每个状态的相邻状态数不超 过2 所以状态变量数为2 3 相邻分配 3 相邻分配 3 相邻分配 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例2 无竞争状态分配 例2 无竞争状态分配 A AB B A AC C B BC C 1 分析状态转换时的相邻要求 1 分析状态转换时的相邻要求 2 每个状态的相
9、邻状态数不超 过2 所以状态变量数为2 2 每个状态的相邻状态数不超 过2 所以状态变量数为2 3 相邻分配 3 相邻分配 A AB B C C A AB B C CD D 0001 1110 0001 1110 基本模式基本模式 A CA CA D CA D C C AC AC D AC D A C C CA D D ddCA D D dd A A 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例3 无竞争状态分配 例3 无竞争状态分配 1 分析状态转换时的相邻要求 1 分析状态转换时的相邻要求 2 每个状态的相邻状态数不超过3 所以状态变量数为3 2 每个状态的相
10、邻状态数不超过3 所以状态变量数为3 1 14 4 1 13 3 2 21 1 2 24 4 3 34 4 3 32 2 1 13 3 4 4 2 2 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 3 相邻分配 3 相邻分配 y1y2y3 x1x2 y 00011110 000 11 4 3 1 001 21 2 2 010 3 3 3 100 44 4 4 011 2 3 101 2 4 110 3 4 111 4 2 4 4 4 3 4 4 2 2 3 2 2 2 4 2 d d d d d d d d d d d d 4 2 4 4 4 3 4 4 2 2 3
11、2 2 2 4 2 d d d d d d d d d d d d 1 13 3 4 4 2 2 1 2 34 2 3 2 4 3 4 d 1 2 34 2 3 2 4 3 4 d 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 2 n状态变量的状态分配2 n状态变量的状态分配 方法 用n个变量来表示n个状态方法 用n个变量来表示n个状态 2 在状态转换对之间插入2 在状态转换对之间插入 过渡状态过渡状态 状态状态分配状态状态分配 1 0 0 0 11 0 0 0 1 2 0 0 1 02 0 0 1 0 3 0 1 0 03 0 1 0 0 4 1 0 0 04 1
12、0 0 0 1 2 0 0 1 1 1 2 0 0 1 1 1 3 0 1 0 1 1 3 0 1 0 1 1 4 1 0 0 1 1 4 1 0 0 1 2 3 0 1 1 0 2 3 0 1 1 0 2 4 1 0 1 0 2 4 1 0 1 0 3 4 1 1 0 0 3 4 1 1 0 0 例3例3 1 4个状态用4个状态变量来表示1 4个状态用4个状态变量来表示 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 3 填写二进制流程表3 填写二进制流程表 先填稳态部分 再填过渡状态 先填稳态部分 再填过渡状态 对于状态转换不 能到达的过渡状 态 用d表示 对于状态
13、转换不 能到达的过渡状 态 用d表示 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 5 3 45 3 4 电平异步时序电路的险态电平异步时序电路的险态 在电平型异步时序网络中 除了存在组合险态外 还在电平型异步时序网络中 除了存在组合险态外 还 存在另一种险态 存在另一种险态 时序险态时序险态 什么是时序险态 什么是时序险态 由于异步时序网络中由于异步时序网络中反馈环节的存在反馈环节的存在 使得状态变量 反馈回输入端时 使得状态变量 反馈回输入端时 y与x之间也会出现竞争现象y与x之间也会出现竞争现象 引起 网络工作不正常 我们称这种险态为 引起 网络工作不正常 我们
14、称这种险态为时序险态时序险态 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 例 时序险态 例 时序险态 Y Y1 1 xy xy1 1 xy xy2 2 y y1 1y y2 2 Y Y2 2 xy xy1 1 xy xy2 2 y y1 1y y2 2 列流程表 列流程表 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 正常工作时序 正常工作时序 t1 t2 t1 t2 x x Y1 0 y1 0 Y2 1 y2 1 x x Y1 1 y1 1 Y2 1 y2 1 x x Y1 1 y1 1 Y2 0 y2 0 x x Y1 1 y1 1 Y
15、2 0 y2 0 Y Y1 1 xy xy1 1 xy xy2 2 y y1 1y y2 2 Y Y2 2 xy xy1 1 xy xy2 2 y y1 1y y2 2 y y1 1y y2 2 00 00 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 正常工作时序 正常工作时序 t1 t2 t1 t2 t1 t2 x x Y1 1 y1 1 Y2 1 y2 1 x x 1 0 Y1 1 y1 1 Y2 0 y2 0 x 1 0 x Y1 0 y1 0 Y2 0 y2 0 x x 0 1 Y1 0 y1 0 Y2 1 y2 1 Y Y1 1 xy xy1 1 xy x
16、y2 2 y y1 1y y2 2 Y Y2 2 xy xy1 1 xy xy2 2 y y1 1y y2 2 y y1 1y y2 2 00 00 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 不正常工作时序 不正常工作时序 t1 t2 t1 t2 数 字 逻 辑 数 字 逻 辑 国防科学技术大学计算机系体系结构教研室 由于反馈环节的延时选择不当 有可能出现网络工 作不正常 这时网络存在时序险态 由于反馈环节的延时选择不当 有可能出现网络工 作不正常 这时网络存在时序险态 如果输入信号通过反馈环节的延时比通过反相器的 大 如果输入信号通过反馈环节的延时比通过反相器的 大 则该网络先有输入变化再有状态变化 网络的工作 是正确的 则该网络先有输入变化再有状态变化 网络的工作 是正确的 如果输入信号通过反相器的延时比通过反馈环节的 大 如果输入信号通过反相器的延时比通过反馈环节的 大 则该网络先有状态变化再有输入变化 网络的工作 是不正确的 则该网络先有状态变化再有输入变化 网络的工作 是不正确的 将出现时序险态 将出现时序险态 例 时序险态结论 例 时序险态结论
