ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СИНТЕЗА УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТОВ

Любое вычислительное устройство может быть представлено композицией взаимодействующих пар автоматов - операционного автомата и управляющего автомата (рис.1).

Рис. 1. Структура цифрового вычислительного устройства

Операционный автомат (ОА) содержит операционные устройства - регистры, сумматоры, счётчики, дешифраторы, мультиплексоры и др., на которых выполняется преобразование информации. В операционный автомат из других устройств ЭВМ поступают операнды по входной шине (ШИВх), а после выполнения предписанной операции результат по выходной шине (ШИВых) передается в другие устройства ЭВМ.

Управляющий автомат (УА) в соответствии с кодом операции (КОП) и внешними сигналами (пуск, синхронизация) вырабатывает множество управ-ляющих сигналов, которые поступают в операционный автомат и изменяют состояние операционных устройств в соответствии с реализуемой микропрограммой. Порядок следования управляющих сигналов определяется специальными осведомительными сигналами, называемыми логическими условиями (ЛУ), которые формируются на устройствах операционного автомата и значения которых проверяются в каждом такте работы управляющего автомата. После завершения выполнения операции управляющий автомат посылает на ШИВых сигнал останова.

Далее следует четко определить несколько понятий, которые широко используются при синтезе вычислительных устройств.

Микрооперация (МО) - это элементарный акт обработки информации в операционном автомате на одном устройстве за один такт машинного времени под воздействием одного управляющего сигнала.

Микрокоманда (МК) - это совокупность микроопераций, выполняемых на нескольких устройствах одновременно за один такт машинного времени под воздействием нескольких управляющих сигналов.

Микропрограмма - это совокупность микрокоманд и функций перехода (зависящих от логических условий) реализуемая за несколько тактов машинного времени.

Управляющий автомат, реализующий микропрограмму работы дискретного устройства, называется микропрограммным автоматом (МПА). Существует несколько способов проектирования управляющего МПА, среди которых наиболее известны:

- управляющие автоматы с "жесткой" или схемной логикой;

- управляющие автоматы с хранимой в памяти или программируемой логикой;

- управляющие автоматы на программируемых БИС с матричной структурой.

При проектировании управляющего микропрограммного автомата с жесткой логикой можно выделить следующие основные этапы:

1. Выбор функциональной схемы ОА, определение списка микроопераций и логических условий.

2. Разработка содержательной граф-схемы алгоритма (ГСА) в соответствии со словесным описанием алгоритма заданной операции и выбранной структурой ОА.

3. Разметка содержательной ГСА и формирование отмеченной ГСА для модели Мили и (или) модели Мура.

4. Построение графа автомата и структурной таблицы переходов и выходов.

5. Выбор и обоснование функциональной схемы УА.

6. Выбор способа кодирования внутренних состояний УА, типа элементов памяти (ЭП) и завершение формирования структурной таблицы.

7. Запись логических выражений для функции возбуждения ЭП, функций выходов и их совместная минимизация.

8. Построение логической (принципиальной) схемы управляющего МПА, цепей начальной установки, синхронизации и запуска.

Ниже будут даны некоторые рекомендации по реализации перечисленных этапов синтеза МПА.