E12 Sistemas Secuenciales y Maquinas de Estado

Tópico

A diferencia de un circuito puramente combinacional, cuya salida depende únicamente de sus entradas en el instante presente, un circuito secuencial tiene memoria: su salida depende tanto de las entradas actuales como de un estado interno almacenado de instantes anteriores. El elemento de memoria más básico es el biestable tipo D: en el instante en que el reloj del sistema cambia de estado, este elemento captura el valor presente en su entrada y lo retiene en su salida hasta el siguiente ciclo de reloj.

Para que un circuito síncrono funcione de forma confiable, debe cumplirse una condición de temporización estricta: la señal debe llegar y estabilizarse en la entrada de cada biestable con suficiente antelación al flanco del reloj, y mantenerse estable durante un breve instante después de ese flanco; el tiempo que tarda la señal en atravesar el camino lógico más lento del circuito, sumado a ese margen de estabilización, determina la máxima frecuencia de reloj a la que el circuito completo puede operar de forma fiable.

Las máquinas de estado finito son el marco conceptual usado para modelar sistemas que transitan entre un número limitado de estados discretos según las entradas que reciben, y constituyen la base de prácticamente todo el control digital, desde protocolos de comunicación hasta controladores de periféricos. Los contadores binarios, formados por varios biestables encadenados, dividen la frecuencia de una señal de reloj por sucesivas potencias de dos, siendo el método más simple para generar frecuencias más bajas a partir de una frecuencia de referencia.

Al igual que en esta misma lógica combinacional que ya describió el modelo anterior, la potencia dinámica consumida por un circuito secuencial crece linealmente con su frecuencia de operación y mucho más rápido que eso con su voltaje de alimentación.

Por eso este módulo, que abre distinguiendo una salida que depende del pasado de otra que no, cierra retomando la misma conclusión sobre consumo energético que ya estableció el modelo de lógica combinacional: dar memoria a un circuito no cambia la palanca más efectiva para controlar su consumo, que sigue siendo el voltaje de alimentación antes que la frecuencia de reloj.

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