One-hot

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]

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

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

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 ${\displaystyle {\mathcal {d}}log_{2}(n){\mathcal {e}}}$
6. Ad esempio quando tutti gli stati sono a zero o più di uno stato è impostato ad 1

Voci correlate

• Sistema numerico unario
• Porta XOR

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