One-Cold
Englisch: one-cold
Eine Bitfolge mit nur einem Low-Bit (0) und allen übrigen High-Bits (1).
One-Cold: Ein Bitmuster mit genau einer Null
Ein One-Cold-Wert ist ein Binärwort, bei dem alle Bits auf 1 gesetzt sind, außer einem einzelnen Bit, das 0 ist. Die Position dieses einzelnen 0-Bits kodiert eine Information. Bei einem 8-Bit-One-Cold-Wort könnte man 11111011 sehen, wobei die 0 an Bitposition 2 sitzt (gezählt von 0 von rechts). Das ist das Komplement einer One-Hot-Kodierung, bei der ein einzelnes 1-Bit einen Zustand kennzeichnet und der Rest 0 ist.
One-Cold-Kodierung wird in digitaler Logik und Mikrocontroller-Design verwendet, um eine begrenzte Menge sich gegenseitig ausschließender Zustände darzustellen. Während bei One-Hot-Kodierung ein OR-Gatter zur Aktivierungserkennung erforderlich ist, nutzt One-Cold-Erkennung stattdessen NAND-Logik. Die komplementäre Natur macht One-Cold in Schaltungen nützlich, die für NAND-basierte Implementierungen optimiert sind oder bei denen Pull-Up-Logik die natürliche Topologie ist.
Praktische Anwendung und Grenzen
One-Cold erscheint in Bus-Arbitrierung, Multiplexer-Auswahl und Priority-Encodern, wo Geschwindigkeit und Gate-Anzahl wichtig sind. Eine Priority-Schaltung kann in konstanter Zeit erkennen, welche Leitung Low ist, indem das One-Cold-Wort direkt in einen Priority-Encoder eingeleitet wird. Allerdings verschwendet One-Cold ein ganzes Bit für die Darstellung eines beliebigen Zustands; ein n-Bit-One-Cold-Wort kodiert nur n mögliche Werte, während Standard-Binär diese n Bits nutzt, um 2^n Werte darzustellen. Dies macht One-Cold für große Zustandsräume unpraktisch.
Das Hauptrisiko bei One-Cold ist katastrophales Versagen, wenn Rauschen oder ein Fehler bewirkt, dass mehr als ein Bit auf Low fällt. Die Schaltung verliert dann die Fähigkeit, welcher Zustand tatsächlich aktiv ist, zu unterscheiden. Einige Designs fügen Fehlererkennung hinzu oder verwenden Checksummen-Bits neben One-Cold, um solche Fehler zu erfassen. One-Cold ist auch in Simulationen schwerer zu lesen und zu debuggen; Menschen denken eher in Binär- oder Hexadezimalzahlen, nicht in der Position der fehlenden 1.
Der Begriff spiegelt sein Gegenteil wider: One-Hot-Kodierung war bereits zum Standard in der Fachliteratur für digitales Design geworden, daher wurde One-Cold im Kontrast benannt. Es wird weiterhin in Anwendungen eingesetzt, bei denen die komplementären Logik-Gatter einen echten Geschwindigkeits- oder Stromverbrauchsvorteil bieten, bleibt aber eher ein Spezialistwerkzeug als eine Standardwahl.