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Logische Zustände 21
4.5 Schaltnetz
Der Begriff Schaltnetz bezeichnet eine kombinatorische Schaltung, die aus einfachen Grundgattern (wie z. B.
AND, OR, NOT) besteht. Ein oder mehrere Ausgangsvariablen hängen zu jedem beliebigen Zeitpunkt von
einer oder mehreren Eingangsvariablen ab. Es gibt keine Rückkopplungen, d. h. der Ausgang eines Gatters
wird nicht an den Eingang desselben rückgeführt. Man könnte auch sagen, eine solche Schaltung ist ein
vergessliches Verfahren. Signallaufzeiten werden auf der logischen Ebene vernachlässigt (siehe auch Kap.
„Glitches“ auf Seite 22).
X
1
X
2
X
n
Kombinatorische Logik
Y
1
Y
2
Y
m
Abb. 6: Schaltnetz
4.6 Schaltwerk
Um Aufgaben zu lösen, die nicht nur von einer Momentaufnahme abhängig sind, benötigt man Schaltungen
mit "Gedächtnis". Also eine Schaltung, die Eingangsvariablen zu einem bestimmten Zeitpunkt mit vor die-
sem Zeitpunkt entstandenen Werten verknüpft. Durch die Rückkopplung der Ausgänge auf die Eingänge,
bekommt die Schaltung einen speichernden Charakter. Wir bekommen ein sog. Schaltwerk oder endlichen-
Zustandsautomaten.
Ein solches Schaltwerk besteht aus einem Speicherblock (Flipop) und einem Block mit kombinatorischer Lo-
gik. Aus dem aktuellen Zustand des Speicherblocks und den Eingangsvariablen X bildet der kombinatorische
Schaltungsteil den gewünschten Folgezustand Z
t+1
und die Ausgangsvariablen Y
1
. Dieser Teil wird auch Mea-
ly-Automat genannt. Während sich die Ausgangsvariablen Y
1
innerhalb eines Zustandes ändern können,
sind die Ausgänge Y
2
getaktet und daher frei von möglichen Fehlimpulsen (auch Moore-Automat genannt).
Ein Schaltwerk heißt „synchron“ wenn die Eingänge und Rückkopplungen durch Taktsignale synchronisiert
sind (siehe rechtes Bild), andernfalls heißt es „asynchron“ (siehe linkes Bild).
X
Kombinatorische
Logik f
1
(X, Z
t
)
Speicherblock
(Flipop)
f
2
(Z
t+1
)
Z
t+1
Z
t
Y
1
Y
2
Reset
Takt
Aktueller
Zustand
Folge-
Zustand
X
Schaltnetz mit
Rückkopplung
Y
Verzögerung
Z
t+1
Z
t
f
1
(X, Z
t
)
f
2
(X, Z
t
)
Abb. 7: Asynchron-Schaltwerk (links) und Synchron-Schaltwerk (rechts)
In der Realität erzeugt jedes Schaltnetz sein Ergebnis erst nach einer gewissen Zeit, die von seinem Aufbau
abhängt. Um also zu einem bestimmten Zeitpunkt anliegende Eingangswerte mit den richtigen zwischen-
gespeicherten Werten zu verknüpfen, werden die Eingangssignale und die rückgekoppelten Ausgänge mit
Hilfe von Flipops und einem Taktsignal synchronisiert.
Die Frequenz des Taktsignals muß dabei so groß gewählt werden, dass in der Zwischenzeit alle Schaltnetze
im Schaltwerk ihre Berechnungen abschließen können, d. h. alle beteiligten Gatterlaufzeiten verstrichen
sind.