One-hot

Codice binario	Codice Gray	One-hot
000	000	00000001
001	001	00000010
010	011	00000100
011	010	00001000
100	110	00010000
101	111	00100000
110	101	01000000
111	100	10000000

In elettronica digitale, l'espressione one-hot si riferisce ad un gruppo di bit tutti posti a 0 tranne uno.^[1] Un'implementazione simile in cui tutti i bit sono posti a 1 tranne uno è chiamata one-cold.^[2]

Utilizzo

Un'usuale applicazione della codifica one-hot è per indicare lo stato di una macchina a stati finiti.^[3] Infatti, mentre con il codice binario o il codice Gray un automa a stati finiti necessita di un decoder per determinare il suo stato, una macchina one-hot si trova nello stato n-esimo corrispondente al bit impostato ad 1.

Un contatore ad anello con quindici stati ordinati sequenzialmente è un esempio di questo automa. Un'implementazione one-hot necessiterebbe di quindici flip-flop concatenati in serie, con ogni output Q_i connesso con l'input D_i+1del successivo e l'output Q_n dell'ultimo flip-flop connesso con l'input D₁ del primo. Il primo flip-flop rappresenta il primo stato, il secondo rappresenta il secondo stato e così via. Al ripristino della macchina tutti i flip-flop sono resettati a 0, tranne il primo della catena che è impostato a '1'. Il colpo di clock successivo, il bit hot avanza di un posto. Il bit impostato ad 1 progredisce in questo modo fino al quindicesimo stato, dopodiché la macchina torna al primo stato.

Un circuito di decodifica dell'indirizzo (address decoder) converte un codice Gray o binario nella rappresentazione one-hot. Un codificatore a priorità (priority encoder) effettua l'operazione inversa.

Differenze dagli altri metodi di codifica

Vantaggi

Determinare lo stato della macchina al costo costante di accesso ad un flip-flop
Cambiare lo stato della macchina al costo costante di accesso a due flip-flop
Semplice da progettare e modificare
Rilevare semplicemente uno stato improprio dei flip-flop
In generale, possibilità di girare ad un ritmo di clock più elevato^[4]

Svantaggi

Richiede molti più flip-flop,^[5] il che rende impossibile effettuare questa implementazione, ad esempio, in un dispositivo PAL
Possibilità più elevata di capitare in uno stato improprio^[6]

Note

^ David and Harris, Sarah Harris, Digital design and computer architecture, 2nd ed., San Francisco, Calif., Morgan Kaufmann, 2013, p. 129, ISBN 978-0-12-394424-5.
^ (EN) Decoders, su csit-sun.pub.ro, Politechnica University of Bucharest - Dipartimento di informatica. URL consultato il 9 gennaio 2014.
^ (EN) Roger L. Traylor, One-Hot State Machines (PDF), su web.engr.oregonstate.edu, Oregon State University. URL consultato il 9 gennaio 2014 (archiviato dall'url originale il 9 gennaio 2014).
^ Xilinx. "HDL Synthesis for FPGAs Design Guide". section 3.13: "Encoding State Machines". Appendix A: "Accelerate FPGA Macros with One-Hot Approach". 1995.
^ Con n stati, la codifica one-hot richiede n bit, mentre un altro tipo di codifica ne può richiedere ${\mathcal {d}}log_{2}(n){\mathcal {e}}$
^ Ad esempio quando tutti gli stati sono a zero o più di uno stato è impostato ad 1

Voci correlate

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[1] David and Harris, Sarah Harris, Digital design and computer architecture, 2nd ed., San Francisco, Calif., Morgan Kaufmann, 2013, p. 129, ISBN 978-0-12-394424-5.

[2] (EN) Decoders, su csit-sun.pub.ro, Politechnica University of Bucharest - Dipartimento di informatica. URL consultato il 9 gennaio 2014.

[3] (EN) Roger L. Traylor, One-Hot State Machines (PDF), su web.engr.oregonstate.edu, Oregon State University. URL consultato il 9 gennaio 2014 (archiviato dall'url originale il 9 gennaio 2014).

[4] Xilinx. "HDL Synthesis for FPGAs Design Guide". section 3.13: "Encoding State Machines". Appendix A: "Accelerate FPGA Macros with One-Hot Approach". 1995.

[5] Con n stati, la codifica one-hot richiede n bit, mentre un altro tipo di codifica ne può richiedere ${\mathcal {d}}log_{2}(n){\mathcal {e}}$

[6] Ad esempio quando tutti gli stati sono a zero o più di uno stato è impostato ad 1

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