background image

Architektura Systemów Komputerowych 

Laboratorium 

Nr ćwiczenia: 3 

Temat ćwiczenia: Hazard statyczny. 

Imię i nazwisko prowadzącego kurs: Maciej Huk 

 

Wykonawca: 

Jakub Bartusiak 

Imię i Nazwisko 

nr Indeksu, wydział 

Jakub Bartusiak 

197914, SKP 

Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina 

Wtorek, 15

15 

Data oddania sprawozdania: 

 

Ocena końcowa 

 

 

Ewentualne  adnotacje  dotyczące  wymaganych  poprawek  oraz  daty  otrzymania 
poprawionego sprawozdania: 

 

 

background image

1 | 

S t r o n a

 

 

S

PIS TREŚCI

 

SPIS TREŚCI ....................................................................................................................... 1

 

1. CEL ĆWICZENIA ............................................................................................................. 2

 

2. CZYM JEST HAZARD? ..................................................................................................... 2

 

3. SPOSOBY USUWANIA HAZARDU ................................................................................... 2

 

4. ANALIZA FUNKCJI Z HAZARDEM .................................................................................... 3

 

5. ELIMINACJA HAZARDU Z UKŁADU ................................................................................. 4

 

6. PRZERZUTNIK TYPU D JAKO „OSCYLOSKOP” .................................................................. 5

 

 

 

background image

2 | 

S t r o n a

 

 

1.

 

C

EL ĆWICZENIA

 

Celem  ćwiczenia  jest  wyjaśnienie  zjawiska  hazardu  statycznego.  Należy  też  podać  różnice 
pomiędzy hazardem statycznym i dynamicznym. 

Na  przykładzie  zaproponowanej  funkcji  czterech  zmiennych         ,  wyjaśnić  sposoby 
eleminacji hazardu z układu. 

2.

 

C

ZYM JEST HAZARD

W dotyczhczasowych rozważaniach, przyjmowaliśmy, że zmiany stanów układów logicznych 
są natychmiastowe, wolne od opóźnień (z powodu braku parametru czasu w algebrze 
Boola). Okazuje się, że w rzeczywistych warunkach, nie możemy uzyskać tego rodzaju zmian.  

Przyjmijmy więc, że wprowadzanie jakichkolwiek zmian w stanie układu logicznego trwa 
pewien czas. W takim razie, występuje krótki okres, w którym układ ma wartość 
nieokreśloną, lub pomimo właściwego jego zaprojektowania, występuję nieodpowiednie 
wartości na wyjściu. Jeżeli na wyjściu pojawia się krótkotrwały i nieodpowiedni impuls, 
będący wynikiem opóźnień działania układu, to zjawisko takie nazywamy hazardem 
statycznym (ponieważ sygnał wejściowy zmienił się parzystą ilość razy). 

Hazard może (ale nie musi) wystąpić w układach, w którym na różnych drogach od wejścia 
do wyjścia występuje jednakowa ilość bramek tego samego rodzaju.  

Hazardem dynamicznym nazywamy taki układ, w którym występują wielokrotne zmiany 
stanów na wyjściach. 

3.

 

S

POSOBY USUWANIA HAZARDU

 

Istnieje kilka sposobów usuwania ryzyka wystąpienia hazardu w układach: 

 

Dopasowanie elementów ze względu na ich opóźnienia, 

 

Wprowadzenie do układu elementów opóźniających, 

(z  praktycznego  punktu  widzenia,  rozwiązania  takie  są  jednek  niezadowalające.  Dużo 
bardziej sensownym rozwiązaniem jest następne), 

 

Wprowadzenie  do  układu  elementów  nadmiarowych,  które  nie  zmieniają  realizowanej 
przez układ funkcji, a jedynie usuwają zjawisko hazardu. 

(takie  rozwiązanie  nie  wymusza  na  konstruktorze  brania  pod  uwagę  indywidualnych 
opóźnień elementów układu). 

 

 

background image

3 | 

S t r o n a

 

 

4.

 

A

NALIZA FUNKCJI Z HAZARDEM

 

Na potrzeby zadania, proponuję funkcję czterech zmiennych        , której tabela prawdy i 
siatka Karnougha wygląda następująco: 

 

                   

0  0  0  0 

0  0  0  1 

0  0  1  0 

0  0  1  1 

0  1  0  0 

0  1  0  1 

0  1  1  0 

0  1  1  1 

1  0  0  0 

1  0  0  1 

1  0  1  0 

1  0  1  1 

1  1  0  0 

1  1  0  1 

1  1  1  0 

1  1  1  1 

 

 

ab↓  cd→  00  01  11  10 

00 

1  1  0  0 

01 

0  1  1  0 

11 

0  1  1  0 

10 

0  0  0  0 

 

Taka funkcja wygląda następująco: 

             ̅ ̅ ̅      

Korzystając z praw deMorgana, przekształcam funkcję następująco: 

             ̅ ̅ ̅

̅̅̅̅̅     

̅̅̅̅

̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅

 

 

 

background image

4 | 

S t r o n a

 

 

Hazard  w  mojej  funkcji wystąpi,  gdy  wejście zmieni  się  z  0001 na 0101, czyli  gdy wejście b 
zmieni stan na stan a, podczas gdy wyjście powinno zostać takie samo. Jest to konsekwencją 
dłuższego czasu propagacji w porównaniu do reszty ścieżek w układzie. 

a  b  c  d          

0  0  0  0  1 

0  0  0  1  1 

0  1  0  1  1 

0  1  1  1  1 

1  1  0  1  1 

1  1  1  1  1 

5.

 

E

LIMINACJA HAZARDU Z UKŁADU

 

Powodem  ryzyka  wystąpienia  hazardu  jest  zbytnie  zminimalizowanie  funkcji.  Aby 
wyeliminować  to  ryzyko,  należy  połączyć  w  pary  wszystkie  implikanty  proste,  zgodnie  z 
twierdzeniem: 

Dwupoziomowa realizacja układowa AND-OR funkcji przełączającej jest wolna od 

zjawiska hazardu statycznego, jeżeli zawieta realizację wszystkich implikantów prostych 

danej funkcji

1

 

Tak więc, należy zrealizować wszystkie implkanty proste, w taki sposób: 

ab↓  cd→  00  01  11  10 

00 

0  0 

01 

1  0 

11 

0  1  1  0 

10 

0  0  0  0 

Wynikowa funkcja przyjmie postać: 

           ̅ ̅ ̅         ̅ ̅     ̅ ̅ ̅

̅̅̅̅̅     

̅̅̅̅    ̅ ̅ 

̅̅̅̅̅

̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅

 

Tak zrealizowana nadmiarowa funkcja eliminuje ryzyko wystąpienia hazardu statycznego. 

 

 

                                                      

1

 Pomoc dydaktyczna do wykładu teorii układów scalonych, twierdzenie 14.6.1 

background image

5 | 

S t r o n a

 

 

6.

 

P

RZERZUTNIK TYPU D JAKO 

OSCYLOSKOP

” 

Do realizacji zadania wykorzystujemy układu UCY 7474, który jest przerzutnikiem typu D, w 
zastępstwie  oscyloskopu.  Układ  ten  powinien  wychwycić  zmiany  na  wyjściu  układu 
realizującego moją funkcję. 

Wadą  zastosowania  przerzutnika  jest  to,  że  przy  zbyt  krótkim  hazardzie,  przerzutnik  nie 
zdąży zareagować (należy wtedy zastosować elementy opóźniające- bramki NOT). Kolejnym 
minusem  użycia  UCY7474,  jest  to,  że  nie  pokaże  nam  on  dokładnych  danych  dotyczących 
hazardu układu. Oscyloskop umożliwiłby analizę tablicy stanów. 

Przy  narastającym  zboczu  sygnału  zegarowego,  układ  7474  będzie  przełączał  wartości  jego 
wyjść- spowoduje to miganie diod LED. 

 

 

background image

7.

 

O

DRĘCZNE RYSUNKI

 

a) układ z ryzykiem wystąpienia hazardu 

b) układ z wyeliminowanym hazardem