Управляющие автоматы

Управляющие автоматы – это устройства, предназначенные для формирования сигналов требуемой полярности, длительности в заданные моменты памяти, обеспечивающие реализацию микропрограмм цикла работы процессора.

УА можно классифицировать: 1) УА с «жесткой» логикой; 2) УА на основе программируемых логических матриц (ПЛМ); 3) УА с программируемой логикой – АПЛ (микропрограммные устройства управления); 4) специализированные УА на базовых матричных кристаллах, ПЛИС и другие.

УА с жесткой логикой (структурная схема).

ЭА – элементарные автоматы (используются триггеры)

ОС – осведомительные сигналы

Главное достоинство – высокое быстродействие (работает на тех же тактовых частотах, что и операционный автомат). Недостатки – 1) сложность (громоздкость, большие затраты оборудования); 2) сложность проектирования; 3) любое изменение в микропрограммах приводит к перестройке всего управляющего автомата. Этих недостатков лишены свободные управляющие автоматы программируемой логикой (АПЛ).

АПЛ

Структурная схема. Основу составляет микропрограммное запоминающее устройство (МПЗУ), в котором хранятся команды.

ОЧ – операционная часть

АЧ – адресная часть, указывает местоположение следующей микрокоманды

РгАМК – регистр адреса микрокоманды

БФАМК - блок формирования адреса микрокоманды

БФУС – блок формирования управляющих сигналов

АПЛ различаются по следующим признакам:

1) по способу исполнения микрокоманды (многофазное и однофазное микропрограммирование). При однофазном тактировании выбранная микропрограмма выполняется в течении одного такта, при многофазном – в течении нескольких тактов (сколько раз имеется). Многофазное позволяет включить в состав микрокоманды большое число несовместимых микроопераций, разнеся их по разным тактам исполнения. В результате микропрограмма оказывается короче по числу слов МПЗУ и следовательно выполняется быстрее.

2) по способу кодирования микроопераций

а) с горизонтальным микропрограммированием (унитарное кодирование)

б) вертикальное кодирование (неизбыточное)

в) смешанное кодирование (кодирование с полевой структурой)

3) по способу формирования исполнительного адреса микрокоманды:

а) с принудительной адресацией (одним, двумя адресами)

б) с естественной адресацией

в) АПЛ с совмещенной и разделенной адресной и операционной частью микрокоманды.

АПЛ получили распространение и вытеснили УА с жесткой логикой благодаря появлению быстродействующих ПЗУ большой емкости.