Kombinační obvod

Jako kombinační obvody se označují digitální elektrické obvody, jejichž výstup (po ustálení) je závislý pouze na vstupu a není funkcí času (výstup je jednoznačně definovaný pro všechny možné kombinace vstupních proměnných). Kombinační obvody neobsahují žádnou paměť ani zpětnou vazbu. Signály se vždy šíří jen jedním směrem, a to ze vstupu na výstup.

Matematicky lze kombinační obvod popsat soustavou logických funkcí, kde je každá výstupní proměnná funkcí nějaké podmnožiny vstupů:

£ \begin{align*} y_1 &= f(x_1,x_2,...,x_n)\\ y_2 &= f(x_1,x_2,...,x_n)\\ \vdots & \\ y_n &= f(x_1,x_2,...,x_n)\\ \end{align*} £

Vnitřní struktura

Kombinační obvody se zpravidla skládají z logických hradel. Protože i logická hradla jsou reálné součástky, musí se u všech kombinačních obvodů počítat se zpožděním, způsobeným především parazitní kapacitou každého hradla. Velikost tohoto zpoždění je závislá na technologii výroby hradel, struktuře obvodu a především na délce tzv. kritické cesty, což je nejdelší posloupnost hradel a vodičů na cestě od vstupu na výstup.

Dalším možným řešením je využití adresovatelné paměti. Vstupní proměnné figurují jako adresa do paměti, ve které jsou uloženy výstupní hodnoty. Taková paměť má stejný počet adresních bitů, jako je počet vstupů; a podobně má i jedno paměťové slovo právě tolik bitů, kolik je výstupů.

Při návrhu kombinačního obvodu postupujeme v těchto krocích:

  1. Specifikace
  2. Určení vstupů a výstupů
  3. Pravdivostní tabulky
  4. Booleovské rovnice
  5. Návrh na úrovni hradel
  6. Simulace na úrovni hradel
  7. Realizace obvodu
  8. Ověření návrhu

Simulátory

Sekvenční obvod

Vedle kombinačních obvodů, jejichž výstup je závislý pouze na aktuálním vstupu, existují i obvody sekvenční. U těch je výstup dán nejen současným vstupem, ale i vstupy minulými (historií).

Základními stavebními bloky sekvenčních obvodů jsou logická hradla a klopné obvody, které slouží k uchovávání tzv. vnitřního stavu. Výstup pak závisí na kombinaci logických hodnot na vstupu a aktuálním vnitřním stavu.

diagram

Přechodová funkce

Přechodová funkce je realizována kombinačním obvodem, který generuje budoucí vnitřní stav na základě vstupu a současném vnitřním stavu.

Výstupní funkce

Výstupní funkce je realizována kombinačním obvodem, který se stará o správnou hodnotu na výstupu, a to buď v závislosti na vnitřním stavu (viz typ Moore), nebo na vnitřním stavu a vstupu zároveň (viz typ Mealy).

Paměťová část

Paměťová část je realizována klopnými obvody, nejčastěji synchronními klopnými obvody typu D. V paměťové části je uložen zakódovaný vnitřní stav.

Postup při návrhu

  1. Specifikace
  2. Formalizace zadání
  3. Zakódování vnitřních stavů
  4. Graf přechodů
  5. Tabulka přechodů a výstupů
  6. Zakódování tabulky přechodů a výstupů
  7. Vytvoření map
  8. Minimalizace map
  9. Odvození budících funkcí pro vstupy a výstupy
  10. Realizace na úrovni hradel
  11. Výpočet maximální hodinové frekvence
  12. Testování, verifikace