TD : 16 Bascules et mémoires Exercice 1 - dept

Université de Bordeaux
Licence STS
ARCHITECTURE DES ORDINATEURS
TD : 16
Bascules et mémoires
Exercice 1 : Registre à décalage simple
Un registre à décalage (« shift register ») est un registre à n bits qui reçoit ses bits un par un à chaque
top d’horloge sur une entrée SI (« Serial Input »), et les émet un par un sur une sortie SO (« Serial
Output »).
Question 1
Assemblez 4 bascules D pour construire un registre à décalage 4-bits simple. Ce registre reçoit et émet
en permanence des bits, en les décalant à chaque top d’horloge. 4 sorties Qi permettent de récupérer les
valeurs actuellement stockées.
Question 2
Expliquer le fonctionnement du circuit ci-dessous. Les circuits rectangulaires du haut sont des multiplexeurs, les circuits rectangulaires du bas sont des bascules D.
D0
D1
D2
D3
LD
1
SI
C
1
Mux
C
1
Mux
0
0
D
Q
C
1
Mux
0
D
Q
C
Mux
0
D
Q
D
Q
SO
Clk
Q0
Q1
Q2
Q3
Question 3
Étudiez le fonctionnement du registre universel décrit sur la figure suivante. Note : le couple de
signaux S1 , S0 est répliqué sur chacun des multiplexeurs, pour contrôler le fonctionnement du registre.
1
D0
D1
D2
D3
SI L
SI R
S0
3
2
1
0
3
C0
Mux
S1
2
1
0
3
C0
Mux
C1
1
0
3
D
1
0
Mux
C1
Q
2
C0
Mux
C1
D
2
C0
C1
Q
D
Q
D
Q
Clk
Q0
Q1
Q2
Q3
Exercice 2 : Compteur de Johnson
Un compteur de Johnson est un circuit dont les n fils de sortie sont successivement allumés, chacun
à leur tour, de façon cyclique, à chaque top d’horloge.
Question 1
Soit un compteur de Johnson à n sorties s0 ... sn−1 , dressez un chronogramme de l’état de ses sorties.
Question 2
On considère le circuit de la figure suivante.
D
Q
D
Q
D
Q
D
Q
Clk
Q0
Q1
Q2
Q3
Supposez que, à l’état initial, les bascules ont été chargées avec des valeurs aléatoires, lors de la
stabilisation des boucles de portes.
1. Quelles sont les valeurs des bascules après un top d’horloge ? Après deux tops d’horloge ?
2. Quelle est la fonction de ce circuit ?
3. Avec quelle(s) valeur(s) initiale(s) ce circuit peut-il servir de compteur de Johnson ?
4. Combien de configurations différentes n bascules câblées de la sorte peuvent-elles prendre au cours
du temps, une fois qu’elles ont été initialisées selon la question précédente ?
Question 3
On considère le circuit de la figure suivante. À la différence du « ring counter » de la figure précédente,
ce « twisted ring counter » inverse la sortie de la dernière bascule.
D
Q
D
Q
D
Q
D
Q
Clk
Q0
Q1
2
Q2
Q3
Supposez que, à l’état initial, les bascules ont toutes été initialisées à 0.
1. Quelles sont les valeurs des bascules après un top d’horloge ? Après deux tops d’horloge ? Après
quatre tops d’horloge ?
2. Combien de configurations différentes n bascules câblées de la sorte peuvent-elles prendre au cours
du temps, après qu’elles ont toutes été initialisées à 0 ?
3. Quelle circuiterie faut-il ajouter pour obtenir un compteur de Johnson à partir de ce « twisted
ring counter » ?
Question 4
On considère un compteur modulo 2n , comme vu au TD 10.
1. Combien de configurations différentes les bascules peuvent-elles prendre au cours du temps, une
fois qu’elles ont toutes été initialisées à 0 ?
2. Quelle circuiterie faut-il ajouter pour obtenir un compteur de Johnson à partir de ce compteur
modulo 2n ?
Exercice 3 : Puces mémoire
Voici une réalisation possible d’une mémoire 1-bit avec une bascule D. Il s’agit d’une mémoire statique
(SRAM). La bascule utilisée ici possède une entrée de contrôle C, qui autorise ou non l’enregistrement
du signal d’entrée D.
D
D
O
Q
C
WR
CS
Pour écrire dans la mémoire, les entrées WR (« Write Enable ») et CS (« Chip Select ») doivent valoir
1. Le signal D est alors répété sur la sortie Q. Inversement si l’un au moins des signaux WR ou CS vaut 0, la
valeur en mémoire (signal Q) ne change pas. En sortie du cicuit se trouve un pilote de bus à trois états :
lorsque CS vaut 1, la ligne Q est connectée à la sortie O et cette sortie vaut donc soit 0 soit 1 ; lorsque CS
vaut 0, la ligne Q n’est pas du tout connectée à la sortie O, qui reste donc "en l’air". Cela permet ainsi de
brancher les sorties O de différentes mémoires 1-bit sans avoir à utiliser une grande porte OR : CS permet
de choisir quelle mémoire 1-bit produit la valeur, les autres mémoires étant déconnectées.
Question 1
Etudiez le fonctionnement du circuit ci-dessous, qui réalise une RAM 4×1, c’est-à-dire contenant
quatre mots de un seul bit. Quel est le circuit représenté dans le rectangle de gauche ?
D
WR
CS
D
WR
CS
O
D
WR
CS
O
D
WR
CS
O
D
WR
CS
O
0
A0
A1
1
2
3
3
O
Question 2
Faites le schéma d’une mémoire 4×4, c’est-à-dire contenant quatre mots de quatre bits.
Question 3
On suppose qu’on dispose d’une puce mémoire 64K×8.
— Combien cette puce comporte-t-elle de fils d’adresse ?
— Comment assembler quatre puces de ce type pour construire une mémoire 256K×8 ?
— Comment assembler deux puces pour construire une mémoire 64K×16 ?
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