Projetos de Controladores One-Hot(Um Flip-Flop por Estado)

Outro método de projeto de lógica de controle é a atribuição one-hot que produz um circuito sequêncial com um flip-flop por estado. Somente um flip-flop está ALTO(1) em qualquer instante, e todos os outros estão reset(0), BAIXO. Cada flip-flop representa um estado que está presente somente quando o bit de controle é transferido para o flip-flop.

Vantagens
a. Lógica pode ser projetada diretamente do diagrama de estado
b. Não precisa de tabela de estados ou de transição se flip-flops tipo D são utilizados
c. Simplicidade operacional
d. Menor quantidade de portas lógicas
e. Não precisa de decodificador
f. Maior velocidade do controlador pois o clock pode ser mais rápido
g. Facilidade de projeto com FPGAs devido grande quantidade de flip-flops

Desvantagens
a. Usa o máximo número de flip-flops para determinado circuito sequêncial
b. Maioria dos estados são estados inválidos
c. Para circuitos com muitos estados e entradas é inviável

Controlador  do Registrador de Deslocamentos

O controlador desenvolvido anteriormente apresentava nas saídas do decodificador formas-de-onda dos sinais de controle semelhantes às encontradas nos registradores de deslocamento.É claro que se pode aproveitar essa semelhança para projetar o controlador da máquina de somar a partir de registradores de deslocamento.

Então, o controlador  é constituído de um contador em anel de registrador de deslocamentos de seis estados, um flip-flop para cada estado, com o primeiro flip-flop ajustado e os outros reajustados.Em cada ciclo do relógio a condição SET (Q=1) se deslocará ao longo do registrador, e em cada ciclo do relógio, fica disponível na saída dos flip-flops as formas-de-onda dos sinais de controle.

Um problema adicional no controlador de registrador de deslocamentos é garantir que o primeiro flip-flop estará ajustado na partida e que, após o primeiro ciclo de relógio, seja reajustado.O circuito da Fig.1 mostra o circuito de partida que atende esses requisitos.

As formas-de-onda do circuito de partida(Fig.2) mostram que o fechamento da chave (X=1) produz um nível lógico 1 na partida S em apenas um ciclo de relógio, independente do tempo no qual a chave fica fechada (X=1).

O circuito completo do controlador de registrador de deslocamentos está mostrado na figura abaixo.Este circuito emprega uma quantidade maior de flip-flops e apresenta uma lógica mais simples que permite associar cada flip-flop a um estado.

Chave Aberta: X=0 e S=0

Após alguns ciclos de relógio: Q0=Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=0  e ZA=Ra=W=R=WA=Rb=Wa=RA=0

Chave Fechada: X=1 e S=1

Depois de um período de relógio S=1 será propagado

Vantagens:    projeto mais simples;
                         correspondência entre um flip-flop e o estado

Desvantagens:    maior número de flip-flops;
                                 mais estados não utilizados

 Resposta Condicional de Controladores

Entradas de Realimentação são os resultados internos utilizados como entradas.

Entradas Condicionais ou Modificadores são as entradas externas ao sistema.

No controlador acima pode-se introduzir uma entrada externa para decidir em qual registrador o resultado será armazenado, de acordo com o valor lógico dessa entrada.

A entrada FSR(Seletor de Registro Final) externa determina o registrador de armazenamento final do resultado.

FSR=1 : Wα=1 no último pulso de relógio então o resultado armazenado em Rα

FSR=0 : Wβ=1 no  último pulso de relógio então resultado armazenado em Rβ

Um controlador do registrador de deslocamento pode usar uma entrada f de realimentação obtida durante um intervalo de relógio para controlar a microoperação que será realizada durante o próximo intervalo de relógio.A figura abaixo mostra a entrada de realimentação f no controlador que seleciona a microoperação no (k+1)-ésimo pulso de relógio.

Pode haver mais de dois caminhos possíveis para o controlador  e os caminhos alternativos terem diferentes comprimentos, com a escolha sendo determinada por variáveis de realimentação.

Uma e somente uma das linhas C0, C1, C2, e C3 está em nível lógico 1 e somente o caminho de seqüência correspondente está selecionado e as microoperações serão executadas.

Salto de Estados

Se f=1: seqüência avança de k-1, k, k+1 e k+2

Se f=0 : seqüência avança de k-1, k+2(salta os estados k e k+1)

Inibição de Estados

Se f=1 : estados k e k+1 são executados

Se f=0 : estados k e k+1 são inibidos ou ficam inativos; as microoperações não são executadas

O número de microoperações ou estados saltados é inteiramente ajustável.

Repetição de Estados

Se f=1: seqüência normal do controlador

Se f=0 : a seqüência repete os estados k, k+1 e k+2 enquanto f=0 e retornará para a seqüência normal quando f=1.

Seqüência para Subtração

Para realizar a subtração de dois números nos registradores é bastante adicionar o negativo de um número ao outro.Caso o número negativo seja representado por complemento-de-dois o controlador precisa ser modificado para realizar duas microoperações adicionais: complementar e incrementar.Estas microoperações exigem dois estados adicionais.Agora, o controlador terá nove estados.

Caso seja necessário um controlador para executar quaisquer das quatro operações possíveis entre os conteúdos dos registradores, então um controlador que realizasse a operação desejada em resposta a uma instrução dada ao controlador é mais prático.Um controlador com essas características está mostrado na figura abaixo.

A Instrução C0C1 determina a microoperação a ser realizada pelo controlador e o Registrador de Instrução(IR) armazena a instrução a ser executada.