אנו רוצים לתת למערכות "לדבר" זו עם זו עם מינימום משאבים.
אנו נגדיר פרוטוקול שהוא סוג של שפה משותפת אשר עוזרת לנו להבין מתי מתחיל שידור ומתי נגמר גם בלי קו שעון משותף

$UART$

תרגול ספרתיות 29.6 - 1.png
התדרים שרשומים פה הם סתם לדוגמה.
נשים לב כי השעון אינו מחובר בין שתי המערכות ולכן זה $Asynchronous$ .

נגדיר $t_{bit}$ ככמות הזמן שביט אחד משודר. כל ביט משודר $t_{bit}$ אחד בדיוק.
הביט הראשון שהמשדר ישדר הוא ה- $start\;bit$ אשר הוא תמיד ירידה מ- $1$ ל- $0$ .
לאחר מכן, הוא ישדר כמות ביטים מסויימת, בקורס נניח שהיא $8$ ביט.
לבסוף, הוא ישדר את ביט הסיום שהיא עליה מ- $0$ ל- $1$ .

הערה (למה הקו מוחזק על אחד?)

כי ככה אנו יודעים כי הקו עובד.
הרבה יותר נפוץ תקלות בהן הקו נתקע על $0$ מאשר על $1$ .

אנחנו יודעים מתי אנו מודדים $t_{bit}$ באמצעות הנוסחה החביבה הזו:

N_{T}t_{cycle}(T_{x})=N_{R}t_{cycle}(R_{x})=t_{bit}

תרגיל

מערכת נתונה העובדת בפרוטוקול תקשורת טורית $UART$ עם:

תדר המשדר הוא $50MHz$ .
תדר המקלט הוא $100MHz$
קצב השידור המבוקש הוא $1MHz$ .

א. כמה מחזורי שעון על המשדר לשדר עבור כל סיבית?
ב. כמה מחזורי שעון על המקלט להמתין בין דגימה לדגימה?

פתרון א':

N_{T} \frac{1}{50\cdot 10^{6}}=\frac{1}{1\cdot 10^{6}}\implies N_{T}=50

פתרון ב':

N_{R}\cdot \frac{1}{100\cdot 10^6}=\frac{1}{1\cdot 10^6}\implies N_{R}=100

תרגיל (2)

מערכת נתונה העובדת בפרוטוקול תקשורת טורית $UART$ עם:

תדר המשדר הוא $33MHz$ .
תדר המקלט הוא $100MHz$
קצב השידור המבוקש הוא $112MHz$ .

א. כמה מחזורי שעון על המשדר לשדר עבור כל סיבית?
ב. כמה מחזורי שעון על המקלט להמתין בין דגימה לדגימה?

פתרון א':

N_{T}\frac{1}{33\cdot 10^6}=\frac{1}{112\cdot 10^3}\implies N_{T}=294.64

נשים לב כי אנו לא יכולים לספור חצי מחזור שעון, לכן אנו מעגלים לערך השלם הגדול ביותר. לכן, נקבל כי: $N_{T}=295$ .

פתרון ב':
נשים לב כי ה- $T_{bit}$ האפקטיבי הוא $N_{T}\cdot t_{cycle}(T_{x})$ ולא מה שנתון לנו.
אם ידוע לנו קצב השידור האמיתי, אנו ננסה להגיע אליו.

N_{R} \frac{1}{100\cdot 10^6}=294.64 \frac{1}{33\cdot 10^6}\implies N_{R}=294.64 \frac{100}{33}=892.8484 \approx 893

תרגיל

במערכת תקשורת טורית בפרוטוקול $UART$ :

הסיבית הראשונה המשודרת היא ה- $LSB$ .
המשדר עשוי לבחור $t_{bit}$ שונה בכל יום.

התקבל האות המוצג בגרף:
תרגול ספרתיות 29.6 - 2.png
מה יכול להיות $t_{bit}$ המשדר?
א. $\frac{T}{2}$ .
ב. $\frac{T}{3}$ .
ג. $\frac{T}{4}$
ד. כל התשובות נכונות.

התשובה הנכונה היא $\frac{T}{3}$ שכן בשתי האפשרויות האחרות אנו מגלים כי ביט העצירה נופל על $0$ שזה לא נכון לפי הפרוטוקול.
זה בייסיקלי ניסוי וטעיה.

תרגיל

משדר ומקלט עובדים ע"פ פרוטוקול תקשורת טורית הדומה לזה שנלמד בקורס:

תחילה משודרת סיבית התחלה
לאחר מכן, משודרות $X$ סיביות נתון
לבסוף משודרת סיבית סיום

ידוע כי זמן מחזור השעון של המשדר הוא $100ns$ וזמן מחזור השעון של המקלט הוא $102ns$ .
מבחינת המשדר והמקלט, זמן הסיבית הוא $4$ מחזורי שעון פנימיים( $N=4$ )

בהינתן שנדרש שגם סיבית הסיום תדגם בצורה תקינה, מהו ה- $X$ המקסימלי? (הניחו כרגע כי סיבית ההתחלה נמדדת ישר)

בעצם אנו שואלים את עצמנו מתי הם יוצאים מאיזון.

4\cdot 100 = 400 \qquad \qquad 4\cdot 102=408

נרצה לראות מתי זה כבר יותר מידי.
מכיוון שהשידור הוא במחזור של $400$ אנחנו מחכים $1.5T$ עד לדגימה הראשונה ולכן $T=600ns$ .
נמספר את הביטים כ- $D_{0},\dots,D_{x-1}$ כאשר $edge(D_{x-1})$ משודר בקטע $[400x,400(x+1)]$ .
איפה הדגימה קוראת? הוא יתחיל בדגימה הראשונה ואז יחכה $612ns$ . לכן, הדגימה תהיה $408[1.5+(x-1)]$ .
לכן:

400x< 408(x+0.5)< 400(x+1)\implies x<24.5

לכן, $X=24$ כאשר אם נדרש לדגום אם את סיבית העצירה, ניתן לשדר $23$ סיביות מידע סה"כ.

הערה

ההנחה שסיבית ההתחלה נמדדת ישר היא אינה ראליסטית כלל וכלל.
ה- $offset$ הכי גדול שניתן לזכור ב- $start\;bit$ הוא מחזור שעון יחיד.
נקבל אם כן כי:

400x<102+408\left( x+\frac{1}{2} \right)<400(x+1) \implies x< 11.75

לכן, ניתן לשדר $10$ סיביות מידע.

תרגילי חזרה

תרגיל (מועד א' חורף 26 שאלה 5)

נתון מעגל צירופי בעל $4$ כניסות $\left\{ A,B,C,D \right\}$ ומוצא אחד $Q$ .
תרגול ספרתיות 29.6 - 7.png
נתונים פרמטרי התזמון הבאים:

\begin{array}{|c|c|c|} \hline & t_{pdHL} & t_{pdLH} \\ \hline NOT & 1ns & 3ns \\ \hline NAND & 7ns & 4ns \\ \hline OR & 8ns & 1ns \\ \hline XOR & 2ns & 6ns \\ \hline \end{array}

חשבו את $t_{pd}(A\to Q)$ .

נבדוק מה צריכים להיות ב- $B,C,D$ כדי שהשינוי יהיה רלוונטי.
$B=0$ בהכרח כי הוא מחובר ל- $A$ בשער $OR$ .
כעת, נשים לב כי בשער $OR$ השני, האיבר השני מקבל במצב זה $1$ בהכרח ולכן $A$ לא משפיע על המוצא בכלל.

תרגיל (מועד א' חורף 25 שאלה 2)

נתון הקוד הבא לקידוד שמות סטודנטים:

\left\{ \begin{matrix} 0011 & - & Shani \\ 0110 & - & Iggy \\ 1001 & - & Yanal \end{matrix} \right\}

כמה שמות נוספים ניתן להוסיף לקוד מבלי לפגוע ביכולת לתקן ולגלות שגיאות?
הערה: כל המילים בקוד הן עם אותו מספר סיביות.

נשים לב כי מרחק הקוד הוא $2$ ולכן ניתן לגלות שגיאה אחת ולא ניתן לתקן שגיאות כלל.
אם נרצה להוסיף לקוד עוד מילים, נדרש לדאוג לכך שמרחק הקוד ישאר $2$ .
נוכל להשתמש במפת קרנו כדי למצוא את כל המילים האפשרויות שנוכל להוסיף.
תרגול ספרתיות 29.6 - 8.png
לכן, מספר המילים שניתן להוסיף הוא $5$ .

$UART$

הערה (למה הקו מוחזק על אחד?)

כי ככה אנו יודעים כי הקו עובד.
הרבה יותר נפוץ תקלות בהן הקו נתקע על $0$ מאשר על $1$ .

אנחנו יודעים מתי אנו מודדים $t_{bit}$ באמצעות הנוסחה החביבה הזו:

N_{T}t_{cycle}(T_{x})=N_{R}t_{cycle}(R_{x})=t_{bit}

תרגיל

מערכת נתונה העובדת בפרוטוקול תקשורת טורית $UART$ עם:

תדר המשדר הוא $50MHz$ .
תדר המקלט הוא $100MHz$
קצב השידור המבוקש הוא $1MHz$ .

א. כמה מחזורי שעון על המשדר לשדר עבור כל סיבית?
ב. כמה מחזורי שעון על המקלט להמתין בין דגימה לדגימה?

פתרון א':

N_{T} \frac{1}{50\cdot 10^{6}}=\frac{1}{1\cdot 10^{6}}\implies N_{T}=50

פתרון ב':

N_{R}\cdot \frac{1}{100\cdot 10^6}=\frac{1}{1\cdot 10^6}\implies N_{R}=100

תרגיל (2)

מערכת נתונה העובדת בפרוטוקול תקשורת טורית $UART$ עם:

תדר המשדר הוא $33MHz$ .
תדר המקלט הוא $100MHz$
קצב השידור המבוקש הוא $112MHz$ .

א. כמה מחזורי שעון על המשדר לשדר עבור כל סיבית?
ב. כמה מחזורי שעון על המקלט להמתין בין דגימה לדגימה?

פתרון א':

N_{T}\frac{1}{33\cdot 10^6}=\frac{1}{112\cdot 10^3}\implies N_{T}=294.64

נשים לב כי אנו לא יכולים לספור חצי מחזור שעון, לכן אנו מעגלים לערך השלם הגדול ביותר. לכן, נקבל כי: $N_{T}=295$ .

N_{R} \frac{1}{100\cdot 10^6}=294.64 \frac{1}{33\cdot 10^6}\implies N_{R}=294.64 \frac{100}{33}=892.8484 \approx 893

תרגיל

במערכת תקשורת טורית בפרוטוקול $UART$ :

הסיבית הראשונה המשודרת היא ה- $LSB$ .
המשדר עשוי לבחור $t_{bit}$ שונה בכל יום.

תרגיל

משדר ומקלט עובדים ע"פ פרוטוקול תקשורת טורית הדומה לזה שנלמד בקורס:

תחילה משודרת סיבית התחלה
לאחר מכן, משודרות $X$ סיביות נתון
לבסוף משודרת סיבית סיום

בהינתן שנדרש שגם סיבית הסיום תדגם בצורה תקינה, מהו ה- $X$ המקסימלי? (הניחו כרגע כי סיבית ההתחלה נמדדת ישר)

בעצם אנו שואלים את עצמנו מתי הם יוצאים מאיזון.

4\cdot 100 = 400 \qquad \qquad 4\cdot 102=408

400x< 408(x+0.5)< 400(x+1)\implies x<24.5

לכן, $X=24$ כאשר אם נדרש לדגום אם את סיבית העצירה, ניתן לשדר $23$ סיביות מידע סה"כ.

הערה

400x<102+408\left( x+\frac{1}{2} \right)<400(x+1) \implies x< 11.75

לכן, ניתן לשדר $10$ סיביות מידע.

תרגילי חזרה

תרגיל (מועד א' חורף 26 שאלה 5)

נתון מעגל צירופי בעל $4$ כניסות $\left\{ A,B,C,D \right\}$ ומוצא אחד $Q$ .
תרגול ספרתיות 29.6 - 7.png
נתונים פרמטרי התזמון הבאים:

\begin{array}{|c|c|c|} \hline & t_{pdHL} & t_{pdLH} \\ \hline NOT & 1ns & 3ns \\ \hline NAND & 7ns & 4ns \\ \hline OR & 8ns & 1ns \\ \hline XOR & 2ns & 6ns \\ \hline \end{array}

חשבו את $t_{pd}(A\to Q)$ .

תרגיל (מועד א' חורף 25 שאלה 2)

נתון הקוד הבא לקידוד שמות סטודנטים:

\left\{ \begin{matrix} 0011 & - & Shani \\ 0110 & - & Iggy \\ 1001 & - & Yanal \end{matrix} \right\}

9 - תקשורת ותרגילי חזרה נוספים

מערכות ספרתיות ומבנה המחשב

תקשורת ותרגילי חזרה נוספים

9 - תקשורת ותרגילי חזרה נוספים

מערכות ספרתיות ומבנה המחשב

תקשורת ותרגילי חזרה נוספים

$UART$

תרגילי חזרה

$UART$

תרגילי חזרה

מערכות ספרתיות ומבנה המחשב

תקשורת ותרגילי חזרה נוספים

מערכות ספרתיות ומבנה המחשב

תקשורת ותרגילי חזרה נוספים

UARTUARTUART

תרגילי חזרה

UARTUARTUART

תרגילי חזרה

$UART$

$UART$