МІКРОПРОГРАМНІ АВТОМАТИ

При описі функціонування різних засобів обчислювальної техніки досить часто використовується їх представлення в виді сукупності керуючого і операційного автоматів (рис.15.1).

Рисунок 15.1 – Структурна схема мікропрограмного автомату

Так, в ЕОМ до операційного автомату відносяться блоки пам’яті, регістри, суматори, канали передачі інформації, шифратори і т.д. тобто всі пристрої, які виконують деякі операції, а до керуючого автомату – ту частину ЕОМ, яка координує дію перерахованих пристроїв, визначаючи послідовність оброблення в них інформації.

Задачею керуючого автомату є вироблення розподіленої в часі послідовності вихідних (керуючих) сигналів під дією яких в операційному автоматі здійснюється деяка операція.

Елементарний неподільний акт оброблення інформації в операційному автоматі, який відбувається на протязі одного моменту автоматного часу (одного такту роботи автомату), називається мікрооперацією. Прикладом мікрооперацій можуть служити "Зсув інформації", "+1", "Інверсія змінної" та інші.

Якщо в операційному автоматі одночасно здійснюється декілька мікрооперацій, то така множина мікрооперацій називається мікрокомандою.

Не виключений випадок, коли множина мікрооперацій, що утворюють мікрокоманду пусто. Реалізація такої мікрокоманди в операційному автоматі рівносильна відсутності виконання будь-яких елементарних операцій. В синхронних дискретних пристроях пуста мікрокоманда інтерпретується як пропуск такту, коли ніяких сигналів від керуючого автомату на операційний автомат не поступає. Мікрооперації збуджуються вихідними сигналами керуючого автомату, а їх послідовність в часі визначається функціями переходу керуючого автомата. Сукупність мікрокоманд і функцій переходу утворює мікропрограму. Отже, для опису мікропрограми необхідно задати множину мікрокоманд і функцій переходу, які визначають порядок їх виконання.

Для опису мікропрограм зручно використовувати язик граф-схем алгоритмів (ГСА).

Граф – схеми алгоритмів

ГСА називають орієнтований зв’язний граф, який містить одну початкову вершину (Початок), одну кінцеву вершину (Кінець) і довільну кінцеву множину умовних і операторних вершин.

Будь-яка вершина ГСА, крім вершини "Початок" має по одному входу. Вершина "Початок" входів не має. Вершина "Початок" і будь-яка операторна вершина має по одному виходу. Вершина "Кінець" виходів не має. Будь-яка умовна вершина має два виходи, які позначаються символами "Так" і "Ні". Замість цих символів можуть використовуватись цифри "1" і "0" відповідно.

Зображення вершин "Початок", "Кінець", операторної вершини і умовної вершини ГСА представлено на рис. 15.2.

Рис. 15.2 – Умовні позначення на ГСА

ГСА повинен задовольняти наступним умовам.

1. Входи і виходи вершин з’єднуються один з одним з допомогою дуг, направлених завжди від виходу до входу.

2. Кожний вихід з’єднаний тільки з одним входом.

3. Будь-який вхід з'єднується, по крайній мірі з одним входом.

4. Будь-яка вершина ГСА лежить, по крайній мірі на одному шляху із вершини "Початок" в вершину "Кінець".

5. Один із виходів умовної вершини може з’єднуватися з її входом, що недопустимо для операторної вершини. Такі умовні вершини інколи називають поворотними.

6. В кожній умовній вершині записується логічна умова із множини логічних умов. Дозволяється в різних умовних вершинах записувати однакові логічні умови.

7. В кожній операторній вершині записується оператор, який представляє собою вихідний сигнал або сукупність вихідних сигналів керуючого автомату. Дозволяється в різних операторних вершинах записувати одинакові оператори.

Приклад ГСА, який містить три операторні і дві умовні вершини приведений на рис.15.3.

Рис.15.3– Приклад ГСА

Змістовні граф - схеми алгоритмів

При проектуванні різних пристроїв попередньо складається так звана змістовна ГСА, в якій всередині умовних і операторних вершин записані логічні умови і мікрооперації в змістовних термінах.

16. ПРОГРАМОВАНІ ЛОГІЧНІ МАТРИЦІ (ПЛМ)

Синтез комбінаційних схем та цифрових автоматів з пам’яттю на ПЛМ.

Основою програмованих логічних матриць (ПЛМ) є послідовність програмованих матриць елементів І і АБО. В структуру входять також блоки вхідних і вихідних буферних каскадів (БВх. і Бвих.).

Вхідні буфери формують сигнали необхідної потужності для живлення матриці елементів І. Вихідні буфери забезпечують необхідну потужність виходів, дозволяють або забороняють вихід ПЛМ на зовнішні шини з допомогою сигналу ОЕ (рис.16.1).

Основними параметрами ПЛМ є число входів m, число термів і число виходів n.

Рис.16.1 – Базова структура ПЛМ

Змінні подаються через БВх на входи елементів І і в матриці І утворюють термів. Терми – це кон’юнкція, яка зв’язує вхідні змінні представлені в прямій або інверсній формі. Число термів дорівнює числу кон’юкторів, або числу виходів матриці І.

Терми подаються на входи матриці АБО, тобто на входи диз’юнкторів, які формують вихідні функції. Число диз’юнкторів дорівнює функцій .

Таким чином ПЛМ реалізують диз’юнктивну нормальну форму (ДНФ).

ПЛМ може реалізувати систему логічних функцій від аргументів, яка містить не більше термів.

В матрицях є горизонтальні і вертикальні зв’язки в вузлах перетину яких при програмуванні створюються або ліквідуються елементи зв’язку (рис.16.2).

Рис. 16.2 – Матриці кон’юнкції і диз’юнкції

З допомогою ПЛМ можна реалізувати не тільки диз’юнктивні нормальні форми булевих функцій але й функції з дужками.

В цьому випадку спочатку реалізують вирази в дужках, а потім вони розглядаються як аргументи для отримання кінцевого результату.

В схемі появляються зворотні зв’язки – проміжні результати з виходу знову подаються на вхід, логічна глибина схеми збільшується, збільшується затримка вироблення результату.

.

Рис 16.3 – Реалізація булевої функції .

ПЛМ з пам’яттю.

Ці схеми дозволяють будувати автомати найбільш зручним способом, тобто крім комбінаційної частини містять на кристалі тригери (D – тригери) (рис.16.4).

ПЛМ з пам’яттю характеризуються наступними параметрами крім трьох попередніх параметрів вона має і параметр - число елементів пам’яті.

Рис. 16.4– Структура ПЛМ з пам’яттю

Структура ПЛМ з пам’яттю співпадає з канонічною схемою автомата.

Результати обробки інформації залежить від результатів попередніх кроків, що забезпечують зворотним зв’язком з регістра на вхід ПЛМ. Максимальне число внутрішніх станів автомата . Автомат розглядається, як синхронний зворотний зв’язок активізується тільки по тактових сигналах (ТС).