Цифровые автоматы со схемной реализацией функций

Схемная реализация функций предусматривает жесткое закрепление операций алгоритма между функциональными элементами в процессе работы ЦА. Последовательность соединения элементов соответствует реализуемым математическим или другим функциям. Взаимосвязанные элементы системы функционируют одновременно и непрерывно во времени.

Примеры построения ЦА с жесткой схемной реализацией функций приведены на рис. 1.7. Множество операций F=[+,-] составляют арифметические операции сложения и вычитания двух кодов.

Рис.1.7

Для схемы, представленной на рис.1.7,а:

Z₁^э=X₁¹+X₂¹=X₁+Z₂^э;

Z₂^э=X₁²-X₂²=X₁-X₂;

Z1=Z₁^э=2X₁-X₂.

Для того же набора элементов и другой схемы связей (рис.1.7,б) получаем

Z₂=X₁-2X₂.

Автоматы (рис.1.7,а,в) имеют одинаковую схему связей, но разные функции элементов. Тогда

Z₃=2X₁+X₂.

То же относится и к схемам, изображенным на рис.1.7,б,г, где

Z=X₁+2X₂.

При увеличении числа входов m, выходов n и усложнении функций число элементов и сложность схемы связей быстро возрастает и она становится практически нереализуемой.

В наибольшей степени сложность ЦА зависит от числа входов m. Разделение схемы на фрагменты и реализация их в виде БИС и СБИС затрудняется тем, что образуются мало повторяемые функционально незаконченные схемы. Для таких схем число наружных контактов N_k связано с числом вентилей N эмпирической зависимостью:

Следовательно, в одном корпусе ИС с числом выводов 24¸64 удается разместить функционально незаконченную схему только из N~35¸250 вентилей, что не позволяет в полной мере использовать возможности БИС и СБИС по степени интеграции. Кроме того, разработка одной или нескольких специализированных ИС для каждого ЦА неприемлема по экономическим соображениям. Большие затраты требуются также для проектирования и подготовки производства самих ЦА.

Эти недостатки устройств с жесткой логикой стали тормозить распространение цифровой техники. Возникла потребность в универсальных ЦА, ориентированных на массовый выпуск, широкое использование БИС и СБИС и допускающих настройку на выполнение требуемых функций на последних стадиях изготовления или пользователем.