Logica dinamica (Electronica digitala)

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 17 aprilie 2013; verificările necesită 9 modificări .

Logica dinamică (sau logica tactată ) este o metodologie pentru dezvoltarea circuitelor combinaționale , în care circuitul proiectat funcționează în cicluri. Este implementat, în special, folosind tehnologia CMOS . Folosit la proiectarea circuitelor integrate .

Terminologie

Termenii „static”/„dinamic” aplicați circuitelor combinaționale nu trebuie confundați cu aceiași termeni folosiți pentru a se referi la dispozitive de stocare, cum ar fi RAM (RAM) dinamică (DRAM) sau statică (SRAM ).

Când se face referire la un tip de logică, adjectivul „ dinamic ” este de obicei folosit pentru a indica o metodologie de dezvoltare, cum ar fi „ CMOS dinamic[1] sau „ SOI dinamic[2] .

Utilizarea termenului de „ logică dinamică ” este de preferat termenului de „ logică ceasă ” („clocked” din „ clock ”), deoarece vă permite să definiți clar granița dintre această metodologie și metodologia „ logicii statice ”. De asemenea, termenul " logică tactată " este sinonim cu termenul " logică secvenţială ", astfel încât utilizarea sa pentru a însemna " logică dinamică " este nedorită.

Istorie

Logica dinamică a fost populară în anii 1970, dar mai recent a existat o renaștere a interesului față de ea datorită dezvoltării electronicii digitale de mare viteză, în special a microprocesoarelor .

Cum funcționează circuitele

Un circuit cu logică statică sau dinamică implementează o funcție booleană (de exemplu, „ NAND ”). Semnalul primit de la ieșirile circuitului este rezultatul aplicării unei funcții booleene la semnalul care vine la intrările circuitului.

Logica statica

Într-un circuit cu „ logică statică ” în orice moment, fiecare ieșire a elementului de circuit printr-o cale ( conductor ), care are o rezistență scăzută , este conectată:

Logica statică nu are o frecvență minimă de ceas - ceasul poate fi oprit pe termen nelimitat. Aceasta oferă două beneficii:

În special, deși multe procesoare populare folosesc logica dinamică [3] , numai procesoarele cu un nucleu static proiectat în tehnologia CMOS statică sunt potrivite pentru utilizare în sateliții spațiali datorită rezistenței lor mai mari la radiații [4] .

În majoritatea tipurilor de logică care pot fi definite ca fiind „statice”, există întotdeauna un mecanism pentru a face ieșirea elementului logic ridicat sau scăzut. În multe tipuri de logică utilizate în mod obișnuit, cum ar fi TTL sau CMOS , acest principiu poate fi reformulat ca afirmând că există întotdeauna o cale de rezistență scăzută între ieșirea elementului și una dintre șinele de alimentare . O excepție este cazul ieșirilor cu impedanță mare , unde o astfel de cale nu este întotdeauna formată. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, se presupune că circuitul logic este utilizat ca parte a unui sistem mai complex în care un mecanism extern va genera tensiunea de ieșire , astfel încât un astfel de circuit nu este diferit de logica statică.

Logica dinamică

Într-un circuit cu „ logică dinamică ”, elementele lucrează în cicluri și se pot distinge două perioade de timp:

În timpul fazei de preîncărcare , elementele circuitului capacitiv de înaltă impedanță sunt încărcate [5] .

În faza de evaluare , celulele capacitive sunt descărcate (încărcarea stocată este consumată).

De obicei, un semnal de ceas este utilizat pentru a sincroniza tranzițiile de stare în logica secvențială . Alte metodologii pentru implementarea circuitelor combinaționale nu necesită un semnal de ceas.

În logica dinamică , nu există întotdeauna un mecanism pentru a obține o ieșire ridicată sau scăzută. În cea mai comună versiune a acestui concept, nivelurile de tensiune înaltă și joasă la ieșirea elementului sunt formate în timpul diferitelor faze ale semnalului de ceas . Logica dinamică necesită utilizarea unei frecvențe de ceas suficient de mare astfel încât capacitatea utilizată pentru a genera starea de ieșire a elementului logic să nu aibă timp să se descarce în timpul fazei de evaluare .

Majoritatea dispozitivelor electronice care funcționează la viteze de ceas peste 2  GHz necesită o logică dinamică, deși unii producători precum Intel au trecut la logica statică în întregime pentru a reduce consumul de energie [6] .

Avantaje și dezavantaje

Avantajele circuitelor logice dinamice (comparativ cu circuitele logice statice) [2] :

Logica dinamică este mai dificil de proiectat, dar poate fi singura alegere dacă este necesară o viteză mare.

Dezavantajele circuitelor cu logica dinamica (comparativ cu circuitele bazate pe logica statica) [2] :

Exemplu

Ca exemplu, luați în considerare implementarea elementului „ NAND ” în logica statică și dinamică.

Implementarea elementului „ NAND ” în logica statică CMOS .

Schema de mai sus implementează funcția logică „ȘI-NU”:

sau

Dacă ambele intrări A și B au un nivel de tensiune ridicat , ieșirea  Out se va conecta la magistrala comună  Vss și va fi de joasă tensiune.

Dacă una dintre intrările  A și  B este scăzută, ieșirea  Out va fi conectată la magistrala de alimentare  Vdd și va fi ridicată.

Este important ca în orice moment ieșirea să fie conectată fie la sursa de alimentare  Vdd și are un nivel de tensiune ridicat, fie la common rail  Vss și are un nivel de tensiune scăzut.

Luați în considerare implementarea elementului „ NAND ” în logica dinamică.

În timpul fazei de preîncărcare:

În timpul etapei de evaluare:

Vezi și

Note

  1. Bruce Jacob, Spencer Ng, David Wang. Sisteme de memorie : cache, DRAM, disc - Morgan Kaufmann, 2007. - ISBN 978-0-12-379751-3 .
  2. 1 2 3 Andrew Marshall, Sreedhar Natarajan. Proiectare SOI: tehnici analogice, de memorie și digitale . - Springer, 2002. - ISBN 978-0-7923-7640-8 .
  3. AnandTech - Înțelegerea microprocesorului celular . Consultat la 24 septembrie 2012. Arhivat din original pe 19 septembrie 2012.
  4. AMSAT-DL: „Fără RISC, fără distracție!” Arhivat pe 13 aprilie 2013 la Wayback Machine de Peter Gülzow
  5. Jean M. Rabai, Ananta Chandrakasan, Borivoj Nikolic. Circuite integrate digitale. Metodologie de proiectare = Circuite integrate digitale. - Ed. a II-a. - M. : Williams , 2007. - 912 p. ISBN 0-13-090996-3 .
  6. 1 2 AnandTech - The Dark Knight: Intel Core i7 . Consultat la 24 septembrie 2012. Arhivat din original pe 4 iunie 2009.