D-Latch, D-Flipflop? CPU, Register?

[Pixelcoffee]

Hallo zusammen,
ich verstehe den Zusammenhang und die Unterschiede zwischen einem Latch und einem Flipflop einfach nicht.

Habe ich das richtig verstanden?
Ein D-Latch ist taktpegelgesteuert, das Ausgangssignal ist also immer high, wenn der Dateneingang und das Clock Signal high sind.
Das D-Flipflop wiederum ist taktflankengesteuert, also der Output nur high, wenn eine steigende Flanke beim Clock-Signal ist.

Ein Latch/Flipflop besteht aus einem Schaltwerk und einem Schaltnetz.

Mehrere dieser Automaten bilden zusammen ein Register. Aus Registern kann man Speicher, Integrierte Schaltkreise, Chips und CPU/Mikroprozessoren bauen.
Diese können u.a. sogar die Grundlage für künstliche Intelligenz bilden...

Stimmt das soweit? Wie kann man sich das besser merken? Vor allem bei der Bedeutung vom Latch habe ich Schwierigkeiten...

 

[hosja]

Bei Wikipedia im Latch Artikel wird auf FF vs Latch eingegangen. Das sollte dir helfen.

 

[hosja]

Schaltwerk ist eher was mechanisches. Schaltbrett sagt mir nix. In der Elektronik ist das Wort Schaltung verbreitet. Die beiden Schaltungen kannst du mit diskreten Bauteilen aufbauen oder eben als integriertes Bauteil kaufen.

 

[hosja]

CPUs sind ein bischen geizig mit Registern, daher hat man sich was Neues überlegt: Tensor-Processing-Unit. Damit lassen sich die Matrizen die für künstliche Intelligenz benötigt werden effektiver berechnen. Apple verweist ach immer drauf, die speziellen Areale auf ihren Chips für diese Aufgaben haben.

 

[Marcel Bresink]

Habe ich das richtig verstanden?
Ein D-Latch ist taktpegelgesteuert, das Ausgangssignal ist also immer high, wenn der Dateneingang und das Clock Signal high sind.
Das D-Flipflop wiederum ist taktflankengesteuert, also der Output nur high, wenn eine steigende Flanke beim Clock-Signal ist.
Ein Latch/Flipflop besteht aus einem Schaltwerk und einem Schaltnetz.

Das ist eigentlich alles nicht so ganz richtig.

Ein Schaltnetz ist eine Digitalschaltung, bei der logische Gatter (in deutscher Normsprache "Schaltglieder") in irgendeiner Kombination hintereinandergeschaltet werden. An einem Ende steckt man sozusagen X digitale Signale rein, und am anderen Ende kommen Y Signale wieder raus, so wie es die digitale Logik der Schaltung vorgibt.

Daraus kann man aber noch keinen Computer bauen.

Um das zu machen kann man im ersten Schritt in dem Schaltnetz Latches verwenden. Jedes Latch kann stabil in einem 0- oder 1-Zustand verharren, d.h. man kann damit ein einzelnes Bit speichern. Damit hat man in dem Schaltnetz schon einmal so etwas wie Speicher, die Schaltung kann also nun in einem bestimmten Zustand sein.

Das besondere an einem Computer ist jedoch, dass sich diese Zustände in Schritten ändern. Aus dem Zustand n wird also irgendwie ein Zustand n+1. Durch viele solcher schrittweisen Zustandswechel können dann quasi Aufgaben abgearbeitet werden.

Dazu erweitert man das Schaltnetz zu einem Schaltwerk: Dort werden einige Ausgänge der Schaltung wieder an einige Eingänge zurückgeführt. Dadurch kann die Schaltung auf ihren eigenen Vor-Zustand reagieren.

Würde man "einfach so" einen Ausgang auf einen Eingang legen, würde die Schaltung sofort (bzw. nach einer Laufzeit durch alle Gatter) darauf reagieren, wodurch sich wieder ein neues Ausgangssignal ergibt, usw. Die Schaltung würde anfangen, unkontrolliert zu "flattern". Damit das nicht passiert, muss man das Ganze synchronisiert machen: Dazu führt man ein zusätzliches Taktsignal ein und rüstet alle Latches mit einer Zusatzschaltung nach, so dass diese nur noch bei einem Taktwechsel ihren Zustand ändern können. Hierbei wird vereinfacht gesagt aus einem Latch ein Flipflop. Ob das jetzt flanken- oder pegelgesteuert ist, spielt eigentlich weniger eine Rolle.