हम फ्लिप फ्लॉप्स क्यों देखते हैं?

Question

मैं Flip Flops & Latches को समझने की कोशिश कर रहा हूं। मैं मॉरिस मनो द्वारा डिजिटल लॉजिक बुक से पढ़ रहा हूं। एक बात मुझे समझ में नहीं आ रही है कि हम फ्लिप-फ्लॉप क्यों देखते हैं?

मैं समझता हूं कि हमें 'सक्षम' या गेटेड लैच की आवश्यकता क्यों है। लेकिन घड़ी का क्या फायदा? मैं यह नहीं समझ पा रहा हूं। हम केवल आवश्यक फ्लिप-फ्लॉप को सक्षम क्यों नहीं कर सकते हैं और उन्हें इनपुट दे सकते हैं? जैसे ही हम इनपुट बदलते हैं, आउटपुट बदल जाता है। हमें क्लॉक एज (एज ट्रिगर्ड फ्लिपफ्लॉप के मामले में) बढ़ने या कम होने के साथ आउटपुट क्यों बदलना पड़ता है?

इस बारे में कोई मदद की सराहना की है।

Answer 1

एक कारण है कि हम फ्लिप फ्लॉप को घड़ी करते हैं ताकि कोई अराजकता न हो जब फ्लिप फ्लॉप के आउटपुट कुछ लॉजिक फ़ंक्शन के माध्यम से और अपने स्वयं के इनपुट पर वापस आ जाए।

यदि फ्लिप-फ्लॉप के आउटपुट का उपयोग इसके इनपुट की गणना करने के लिए किया जाता है, तो यह हमें व्यवस्थित व्यवहार करने के लिए प्रेरित करता है: फ्लिप-फ्लॉप की स्थिति को आउटपुट तक बदलने से रोकने के लिए (और इसलिए इनपुट) स्थिर है।

यह क्लॉकिंग हमें कंप्यूटर बनाने की अनुमति देता है, जो राज्य मशीनें हैं: उनके पास एक वर्तमान स्थिति है, और वर्तमान स्थिति और कुछ इनपुट के आधार पर उनकी अगली स्थिति की गणना करते हैं।

उदाहरण के लिए, मान लें कि हम एक ऐसी मशीन का निर्माण करना चाहते हैं, जो 0000 से 1111 तक की वृद्धि के साथ 4 बिट की गणना करता है, और फिर 0000 के आसपास लपेटता है और चलता रहता है। हम 4 बिट रजिस्टर (जो कि चार डी फ्लिप-फ्लॉप का एक बैंक है) का उपयोग करके ऐसा कर सकते हैं। रजिस्टर का आउटपुट एक कॉम्बिनेटोरियल लॉजिक फ़ंक्शन के माध्यम से डाला जाता है जो कि बढ़े हुए मूल्य का उत्पादन करने के लिए 1 (एक चार बिट योजक) जोड़ता है। यह मान तब रजिस्टर में वापस फीड कर दिया जाता है। अब, जब भी घड़ी का किनारा आता है, तो रजिस्टर नए मूल्य को स्वीकार करेगा जो कि इसके पिछले मूल्य का एक प्लस है। हमारे पास एक व्यवस्थित, पूर्वानुमेय व्यवहार है जो बिना किसी गड़बड़ के द्विआधारी संख्या के माध्यम से कदम रखता है।

अन्य स्थितियों में भी क्लॉकिंग व्यवहार उपयोगी होते हैं। कभी-कभी एक सर्किट में कई इनपुट होते हैं, जो एक ही समय में स्थिर नहीं होते हैं। यदि आउटपुट इनपुट से तुरंत उत्पन्न होता है, तो यह तब तक अराजक होगा जब तक इनपुट स्थिर नहीं हो जाते। यदि हम अन्य सर्किट नहीं चाहते हैं जो अराजकता को देखने के लिए आउटपुट पर निर्भर करते हैं, तो हम सर्किट को क्लॉक कर देते हैं। हम आदानों को व्यवस्थित करने के लिए एक उदार समय की अनुमति देते हैं और फिर हम मूल्यों को स्वीकार करने के लिए सर्किट को इंगित करते हैं।

क्लॉकिंग स्वाभाविक रूप से कुछ प्रकार के फ्लिप फ्लॉप के शब्दार्थ का भी हिस्सा है। विज्ञापन फ्लिप फ्लॉप को एक घड़ी इनपुट के बिना परिभाषित नहीं किया जा सकता है। एक घड़ी इनपुट के बिना, यह या तो इसके डी इनपुट (बेकार!) को अनदेखा करेगा, या बस हर समय इनपुट की नकल करेगा (फ्लिप-फ्लॉप नहीं!) एक आरएस फ्लिप-फ्लॉप में एक घड़ी नहीं होती है, लेकिन यह दो इनपुट का उपयोग करता है राज्य को नियंत्रित करने के लिए जो इनपुट को "स्व क्लॉकिंग" होने की अनुमति देता है: यानी इनपुट होने के साथ-साथ राज्य परिवर्तन के लिए ट्रिगर भी। सभी फ्लिप फ्लॉप को कुछ इनपुट्स के संयोजन की आवश्यकता होती है जो उनके राज्य को प्रोग्राम करता है, और इनपुट के कुछ संयोजन से उन्हें अपने राज्य को बनाए रखने की सुविधा मिलती है। यदि इनपुट के सभी संयोजन प्रोग्रामिंग को ट्रिगर करते हैं, या यदि इनपुट के सभी संयोजनों को अनदेखा किया जाता है (राज्य बनाए रखा जाता है), तो यह उपयोगी नहीं है। अब एक घड़ी क्या है? एक घड़ी एक विशेष है, समर्पित इनपुट जो यह बताता है कि क्या अन्य इनपुट को अनदेखा किया गया है, या क्या वे डिवाइस को प्रोग्राम करते हैं। यह एक अलग इनपुट के रूप में होना उपयोगी है, बजाय इसके कि इसे कई इनपुट के बीच एन्कोड किया जा सके।

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यह समझ में आता है जब आप काउंटर या राज्य मशीन के लिए घड़ी की जरूरत की व्याख्या करते हैं। यदि कोई घड़ी नहीं है, तो काउंटर सिर्फ अपना मूल्य (और रीसेट) बदलता रहता है और असीम रूप से शुरू होता है? और राज्य मशीन के साथ भी। (विकी से जो मैंने पढ़ा है, काउंटर केवल राज्य मशीनों का एक प्रकार है, क्योंकि राज्यों को बदला जा रहा है)। लेकिन रजिस्टर के साथ भी हम घड़ी का उपयोग करते हैं, इस मामले में क्यों? मैं यह भी जानना चाहता हूं कि क्या घड़ी के बिना किसी भी एप्लिकेशन में किसी भी फ्लिपफ्लॉप (इस्तेमाल किया जा सकता है) का उपयोग किया जाता है?

— avi

अब स्थिरता की बात आ रही है, यदि आउटपुट बदलते रहते हैं तो अन्य उपकरणों की जरूरत होती है, जिन्हें फ्लिपफ्लॉप्स आउटपुट की आवश्यकता होती है, वे इसे सही तरीके से प्राप्त नहीं कर पाएंगे और अनिश्चित व्यवहार हो सकता है। तो क्या यह स्थिरता का मुद्दा है? अब मैं स्थिरता की अवधारणा को समझने की कोशिश कर रहा हूं। विशेष रूप से इन दो पारस ने आपको समझाया: "फ्लिप-फ्लॉप की स्थिति को आउटपुट तक बदलने से रोकने के लिए (और इसलिए इनपुट) स्थिर है।" "कभी-कभी एक सर्किट में कई इनपुट होते हैं, जो एक ही समय में स्थिर नहीं होते हैं"

— avi

Answer 2

बढ़ते-बढ़ते फ्लिप फ्लॉप की कल्पना की जा सकती है, क्योंकि दो बैक-टू-बैक लैच होते हैं, जिनमें से एक को घड़ी सिग्नल कम होने के तुरंत बाद सक्षम किया जाता है और उच्च होने तक सक्षम रहता है; घड़ी के उच्च जाने के तुरंत बाद दूसरा सक्षम होता है और कम होने तक सक्षम रहता है। एक संक्षिप्त क्षण के दौरान जिसके दौरान न तो फ्लिप फ्लॉप सक्षम होता है, इसका मतलब है कि एक फ्लिप फ्लॉप का उत्पादन सुरक्षित रूप से कॉम्बिनेटरियल लॉजिक के माध्यम से अपने इनपुट पर वापस फीड किया जा सकता है। एक घड़ी चक्र पर आउटपुट में बदलाव के कारण इनपुट बदल सकता है, लेकिन अगले घड़ी चक्र तक उस इनपुट परिवर्तन का कोई प्रभाव नहीं होगा।

ऐतिहासिक रूप से, डिजिटल उपकरणों के लिए "दो-चरण घड़ी" कहा जाता था, जिसका उपयोग करने के लिए यह बहुत आम बात थी, जिसमें दो घड़ी तार थे जो प्रत्येक चक्र के दौरान गैर-अतिव्यापी अंतराल के लिए उच्च थे। सभी कुंडी दो समूहों में विभाजित हैं, जिसमें एक घड़ी कुंडी के पहले समूह को नियंत्रित करती है और दूसरी घड़ी को नियंत्रित करती है; ज्यादातर मामलों में, प्रत्येक समूह के आउटपुट का उपयोग केवल दूसरे के इनपुट की गणना करने के लिए किया जाता है। प्रत्येक घड़ी चक्र में पहली घड़ी में एक या अधिक दालों होते हैं, जिनमें से कम से कम एक को न्यूनतम-लंबाई के चश्मे और दूसरी (एक ही आवश्यकता) पर एक या अधिक दालों से मिलना चाहिए। इस तरह के डिजाइन का एक फायदा यह है कि यह घड़ी के तिरछे हिस्से के प्रति बहुत सहिष्णु हो सकता है, बशर्ते कि घड़ी के चरणों के बीच का समय घड़ी की तिरछी मात्रा से अधिक हो।

एक अधिक "आधुनिक" दृष्टिकोण है कि प्रत्येक लैचिंग तत्व (रजिस्टर) में एक एकल क्लॉक वायर प्राप्त होता है और अनिवार्य रूप से अपनी आंतरिक गैर-अतिव्यापी घड़ियों को उत्पन्न करता है। इसके लिए यह आवश्यक है कि रजिस्टरों के बीच अधिकतम घड़ी तिरछा न्यूनतम प्रसार समय से अधिक न हो, लेकिन आधुनिक उपकरण घड़ी के तिरछेपन को नियंत्रित करना संभव बनाते हैं, जो कि पिछले दशकों में संभव था। आगे, कई मामलों में, एकल-चरण क्लॉकिंग तर्क को दो समूहों में विभाजित करने की आवश्यकता को समाप्त करके डिजाइन को सरल बनाता है।

Answer 3

हम सभी जानते हैं कि डिजिटल वास्तविक सर्किट में बहुत सारे गेट शामिल हैं। एक सिग्नल को आउटपुट देने वाले आखिरी गेट तक जाने के लिए कई रास्ते अपनाने पड़ सकते हैं। अंतिम गेट तक पहुंचने वाले विभिन्न रास्तों पर "प्रचार" के लिए सिग्नल को कुछ समय लगता है। प्रचार के लिए लिया गया समय अलग-अलग रास्तों पर समान नहीं है। इसके कारण जिसे हम ग्लिच कहते हैं। ग्लिट्स तब होते हैं जब कुछ पथ दूसरों की तुलना में छोटे होते हैं और जब एक सिग्नल पिछले गेट तक पहुंचता है, तो छोटे पथ को ले जाने से यह तुरंत प्रभाव डालता है इससे पहले कि लंबे मार्ग पर अन्य सिग्नल गेट तक पहुंचते हैं। आउटपुट जो इस क्षण में गलत है और एक डिजिटल सर्किट में खतरनाक हो सकता है जिसके कारण त्रुटि हो सकती है।

अब मैं आता हूं कि हमें एक घड़ी की आवश्यकता क्यों है। एक घड़ी अनिवार्य रूप से सर्किट को एक एकल बाहरी सिग्नल को "सिंक्रनाइज़" करती है। इसे एक धड़कन के रूप में समझें कि सर्किट को संगीत की तरह ट्यून किया गया है। इस घड़ी के अनुरूप चीजें होती हैं, कोई भी घड़ी = सर्किट अक्षम नहीं है। घड़ी का उपयोग करके हम यह सुनिश्चित करते हैं कि सर्किट के विभिन्न भाग एक ही समय में सद्भाव में काम करते हैं । इस तरह सर्किट का व्यवहार अधिक अनुमानित है। तापमान और निर्माण भिन्नता द्वारा प्रसार देरी में परिवर्तन से यह भी कम प्रभावित होता है। यह घड़ी को कवर करता है।

फ्लिप फ्लॉप ऐसे डिजिटल सर्किट तत्व होते हैं जो एक "CLOCK EDGE" होने पर एक एक्शन लेते हैं (अपने इनपुट पोर्ट पर इनपुट के जवाब में अपना आउटपुट बदलते हैं)। घड़ी का छोर तब होता है जब घड़ी संकेत 0 से 1 या 1 से 0 तक जाता है। बस एक घड़ी की लहर खींचना और आपको पता चल जाएगा कि मेरा क्या मतलब है। Latches नामक तत्वों का एक और समूह है, इनपुट को प्रतिबिंबित करने के लिए latches का आउटपुट बदलता है जब एक निश्चित नियंत्रण संकेत एक विशिष्ट तर्क LEVEL पर होता है और किसी भी किनारे का इंतजार नहीं करता है, इस नियंत्रण संकेत को Latches में ENABLE कहा जाता है। सक्षम होने पर लैच काम कर सकता है और उनका आउटपुट बदल सकता है या जब सक्षम होता है तो 0. यह लैच प्रकार पर निर्भर करता है। इसके विपरीत Flips वास्तव में फ्लॉप कर कुछ हीजब उन्हें एक घड़ी EDGE द्वारा खिलाया जाता है। कृपया latches और फ्लिप फ्लॉप के बीच इस अंतर पर ध्यान दें, और याद रखें कि latches एक फ्लिप फ्लॉप बनाने के लिए एक साथ जुड़े हुए हैं जैसे कि सक्षम बनाता है जब घड़ी का छोर होने पर फ्लिप फ्लॉप कुछ करने के लिए सक्षम होता है। इस स्थिति में, हम घड़ी को सक्षम सिग्नल नाम देते हैं, और इसके साथ ही अधिक समझ भी बनाते हैं। मनुष्यों के लिए घड़ी टिक टिक टिक जाती है, फ्लिप फ्लॉप केवल टिक पर कुछ करता है और टिक के बीच में कुछ भी नहीं होता है।

अगर यह अभी भी स्पष्ट नहीं है, तो आप इंडियन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी से डिजिटल सर्किट पर यूट्यूब पर nptelhrd व्याख्यान देखकर लाभान्वित होंगे।

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"घड़ी का उपयोग करके हम यह सुनिश्चित करते हैं कि सर्किट के विभिन्न हिस्से एक ही समय में सद्भाव में काम करते हैं।" - हम यह कैसे करते हैं? मैं वीडियो देखूंगा।

— avi

कृपया ध्यान दें कि फ्लिप फ्लॉप ऐसे उपकरण हैं जो इनपुट को प्रतिबिंबित करने के लिए अपने आउटपुट को बदलते हैं (या अगर यह एक नकारात्मक बढ़त ट्रिगर फ्लिप फ्लॉप है) तो पॉजिटिव एज के लिए एक पॉजिटिव एज ट्रिगर फ्लॉप के लिए इनपुट को प्रतिबिंबित करता है। इस नियंत्रण संकेत को इसकी आवधिक प्रकृति के कारण घड़ी कहा जाता है, जो हमारी दीवार घड़ियों के टिक-टिक की तरह है। यदि क्लॉक सिग्नल मौजूद है तो फ्लिप फ्लॉप कुछ करेगा, अन्यथा इनपुट आउटपुट के लिए कुछ भी नहीं करेगा। कृपया एक प्रारंभिक चरण से कुंडी और फ्लिप-फ्लॉप के बीच अंतर और समानता को भी जान लें ताकि भ्रमित न हों।

— क्वांटम 231

Answer 4

अतुल्यकालिक काउंटर जैसी चीजें हैं। यहां एक है: -

इसे एक रिपल काउंटर के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि जब कोई इनपुट पल्स इनपुट पर आता है (पहली फ्लिप-फ्लॉप की स्थिति को बदलकर), तो राज्य का वह परिवर्तन शेष फ्लिप-फ्लॉप्स के लिए रिपल थ्रू के लिए समय की एक लंबी लंबाई लेता है। उस छोटी लेकिन परिमित लंबाई के दौरान आउटपुट ABCD का अप्रत्याशित क्षणिक मान होगा जब तक कि अंतिम फ्लिप-फ्लॉप का निपटान नहीं हो जाता।

यदि आउटपुट एबीसीडी तब डी प्रकार के फ्लिप-फ्लॉप के माध्यम से सभी को खिलाया गया था और एक साथ देखा गया, तो बसने की अवधि के कुछ समय बाद, एबीसीडी का यह "बेहतर" संस्करण कभी भी इस क्षणिक व्यवहार को प्रदर्शित नहीं करेगा।

इस इंजीनियरों से बचने के लिए कभी-कभी सिंक्रोनस क्लॉक सर्किट का उपयोग करें। खेद है कि इनपुट बाईं ओर से है और Q0 से Q3 मानचित्र पर ABC और D पिछले चित्र पर: -

यह थोड़ा अधिक जटिल है, लेकिन यह तेज है और आउटपुट पर डी प्रकार के एक गुच्छा के साथ एक एसिनच काउंटर की तुलना में कम हिस्से हैं।

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खैर, काउंटरों के साथ यह समझ में आता है। लेकिन क्या कोई एप्लिकेशन है जहां फ्लिपफ्लॉप का उपयोग घड़ियों के बिना किया जाता है? या फ्लिपफ्लॉप का उपयोग घड़ियों के बिना कभी नहीं किया जा सकता है?

— avi

@avi पहला उदाहरण (async काउंटर) एक "घड़ी" से इसका इनपुट लेने के रूप में माना नहीं जाना चाहिए। यह एक चुंबकीय संवेदक से आने वाली दाल हो सकता है, यह देखने के लिए कि कितनी तेजी से एक शाफ्ट घूमता है। सिस्टम पर एक "मास्टर" घड़ी होगी जो हर सेकंड की गिनती "गेट" करेगी लेकिन काउंटर में जाने वाले "सिग्नल" आवश्यक रूप से एक घड़ी नहीं है। एक एनालॉग तुलनित्र से आउटपुट डी प्रकार के आउटपुट के लिए "क्लॉक" को "1" कर सकता है और एक अन्य एनालॉग तुलनित्र से आउटपुट डी प्रकार को रीसेट कर सकता है - इसका उपयोग एनालॉग वेवफॉर्म से प्राप्त सिग्नल का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है - कोई घड़ियों नहीं जैसे

— एंडी उर्फ

मैं समकालिक काउंटर की तुलना में गुणात्मक रूप से भिन्न होने के बजाय एक तरंग काउंटर के व्यवहार का संबंध होगा। एक घड़ी पल्स आने के बाद दोनों काउंटरों के आउटपुट कुछ समय के लिए अमान्य हो जाएंगे, और उसके बाद के कुछ समय के लिए फिर से वैध हो जाएंगे। सिंक्रोनस काउंटर में एक छोटी विंडो होगी, जिसके दौरान इसके आउटपुट अमान्य हैं, लेकिन विंडो किसी भी स्थिति में गैर-शून्य होगी। यह भी ध्यान देने योग्य है कि खींची गई काउंटर के साथ अधिकतम गिनती की गति काउंटर की लंबाई तक सीमित होगी। कोई उस सीमा से बच सकता है ...

— सुपरकैट

... कैरी चेन शुरू होने से जैसे कि चौथे बिट में, पहले तीन बिट्स का "और" जेनरेट होता है, और फिर प्रत्येक बिट केवल फ्लिप होता है यदि कैरी चेन से इनपुट अधिक था, बिट 2 उच्च था, बिट 1 उच्च था, और बिट 0 उच्च था। यहां तक ​​कि अगर कैरी चेन के माध्यम से प्रचार करने के लिए सिग्नल के लिए आवश्यक सात काउंट दालें पहुंचीं, तो कोई समस्या नहीं होगी, क्योंकि कैरी चेन शुरू होने पर कैरी को प्रचारित करना शुरू कर देगा जब काउंट xxx111 ... 111000 पहुंच गया था, लेकिन इसका आउटपुट तब तक नहीं होगा xxx111 के बाद की घड़ी की नब्ज ... 111111 तक पहुँच गई थी।

— सुपरकैट

उन्हें रिपल काउंटर सरल होते हैं, लेकिन डिजिटल सर्किट की वास्तविक दुनिया में नजरअंदाज कर दिया जाता है, जिसमें मैं काम करता हूं। यह जानकर अच्छा लगता है कि वे मौजूद हैं लेकिन यह अत्यधिक संभावना नहीं है कि आपको उन्हें वास्तविक परियोजनाओं के लिए उपयोग करने की अनुमति होगी। यह हमेशा तुच्छ अभ्यासों में उपयोग किया जा सकता है जहां उनकी "अतुल्यकालिक" प्रकृति एक मुद्दा नहीं है।

— क्वांटम 231

Answer 5

क्योंकि सिंक्रोनस सिस्टम (सिंक्रोनस सिस्टम का मतलब कंबाइनटोरियल लॉजिक और क्लॉक फ्लिप-फ्लॉप का कोई भी संग्रह) अतुल्यकालिक सिस्टम की तुलना में आसान है, और सिंक्रोनस सिस्टम अधिक विश्वसनीय हैं। हालांकि, अतुल्यकालिक राज्य मशीन डिजाइन अध्ययन के योग्य है क्योंकि यह एक आउटपुट को बहुत तेजी से और एक तुल्यकालिक प्रणाली की तुलना में कम शक्ति के साथ गणना कर सकता है।