В проектировании интегральных схем динамическая логика (или иногда тактовая логика ) представляет собой методологию проектирования комбинационных логических схем , особенно тех, которые реализованы по технологии металл-оксид-полупроводник (МОП). От так называемой статической логики она отличается тем, что использует временное хранение информации в паразитных и затворных емкостях . [1] Он был популярен в 1970 - х годах, а в последнее время стал свидетелем возрождения в разработке высокоскоростной цифровой электроники , особенно центральных процессоров.(ЦП). Динамические логические схемы обычно быстрее статических аналогов и требуют меньшей площади поверхности, но их сложнее проектировать. Динамическая логика имеет более высокую среднюю скорость переходов напряжения, чем статическая логика, [2] , но передаваемые емкостные нагрузки меньше [3] , поэтому общее энергопотребление динамической логики может быть выше или ниже в зависимости от различных компромиссов. При упоминании конкретного семейства логических схем термина «динамический» обычно достаточно, чтобы отличить методологию проектирования, например, динамическая КМОП [4] или динамическая конструкция КНИ . [2]
Помимо использования динамического хранения состояния посредством напряжения на емкостях, динамическая логика отличается от так называемой статической логики тем, что динамическая логика использует тактовый сигнал в реализации комбинационной логики. Обычно тактовый сигнал используется для синхронизации переходов в последовательных логических схемах. Для большинства реализаций комбинационной логики тактовый сигнал даже не требуется. Статическая/динамическая терминология, используемая для обозначения комбинаторных схем, связана с использованием тех же прилагательных, которые используются для различения устройств памяти, например статическое ОЗУ от динамического ОЗУ ., в том, что динамическое ОЗУ динамически сохраняет состояние в виде напряжений на емкостях, которые необходимо периодически обновлять. Но есть и различия в использовании; часы могут быть остановлены на соответствующей фазе в системе с динамической логикой и статическим хранилищем. [5]
Самая большая разница между статической и динамической логикой заключается в том, что в динамической логике для оценки комбинационной логики используется тактовый сигнал . В большинстве типов логических схем, называемых статической логикой , всегда существует какой-то механизм, обеспечивающий высокий или низкий уровень выходного сигнала. Во многих популярных стилях логики, таких как ТТЛ и традиционные КМОП , этот принцип можно перефразировать как утверждение о том, что между выходом и напряжением питания или землей всегда существует путь постоянного тока с низким импедансом . В качестве примечания, конечно, в этом определении есть исключение в случае выходов с высоким импедансом , таких как буфер с тремя состояниями.; однако даже в этих случаях схема предназначена для использования в более крупной системе, где некоторый механизм будет управлять выходным сигналом, и они не считаются отличными от статической логики.
Напротив, в динамической логике не всегда существует механизм, повышающий или понижающий выходной сигнал. В наиболее распространенной версии этой концепции выходной сигнал устанавливается на высокий или низкий уровень в течение отдельных частей тактового цикла. В течение интервалов времени, когда выход не активен, паразитная емкость заставляет ее поддерживать уровень в пределах некоторого диапазона допуска управляемого уровня.
Динамическая логика требует достаточно быстрой минимальной тактовой частоты , чтобы выходное состояние каждого динамического вентиля использовалось или обновлялось до того, как заряд выходной емкости вытечет настолько, что приведет к изменению цифрового состояния выхода в течение той части тактового цикла, которая выход не используется активно.
Статическая логика не имеет минимальной тактовой частоты — тактовую частоту можно приостанавливать на неопределенный срок. Хотя может показаться, что ничего не делать в течение длительного периода времени не особенно полезно, это приводит к трем преимуществам: