48867 (Розробка алгоритму операційного автомату, синтез керуючого автомату з жорсткою логікою типу Мілі), страница 3

В основі опису керуючих автоматів лежить принцип мікропрограмного керування. Він полягає в тому що будь-яка операція розглядається як складна що містить більш прості операції які називаються мікроопераціями тобто кожна операція – це визначена послідовність мікрооперацій.

Існують два основні типи керуючих автоматів

1. Керуючий автомат з жорсткою чи схемною логікою. Для кожної операції будується набір комбінаційних схем які в потрібних тактах збуджують відповідні керуючі сигнали. Іншими словами будується скінчений автомат в якому необхідна множина станів представляється станами k запам’ятовуючих елементів

q = {q1 q2, …, qk}

2. Керуючий автомат з збереженою в пам’яті логікою (програмованою логікою). Кожній операції що виконується в операційному пристрої ставиться у відповідність сукупність збережених в пам’яті слів-мікрокоманд кожна з яких містить інформацію про мікрооперації що підлягають виконанню на протязі одного машинного такту та вказівку (яка в загальному випадку залежить від значень вхідних сигналів) яке повинно бути вибране з пам’яті наступне слово (наступна мікрокоманда). Таким чином в цьому випадку функції переходів та виходів А та В керуючого автомату реалізуються збереженою в пам’яті сукупністю мікрокоманд.

Послідовність мікрокоманд що виконують одну машинну команду чи окрему процедуру створює мікропрограму. Звичайно мікропрограми зберігаються в спеціальній пам’яті мікропрограм (керуючій пам’яті).

В керуючих автоматах з збереженоюю в пам’яті програмою мікропрограми використовуються в явній формі вони програмуються в кодах мікрокоманд і в такому вигляді заносяться в пам’ять. Тому такий метод управління цифровим пристроєм називається мікропрограмуванням а керуючі блоки що використовують цей метод - мікропрограмними керуючими пристроями.

В залежності від прийнятого способу кодування мікрооперацій розрізняють три варіанти організації мікропрограмного керування горизонтальне вертикальне та комбіноване мікропрограмування. При горизонтальному мікропрограмуванні для кожної мікрооперації виділяється один розряд у мікрокоманді. При такому кодуванні всі операції що виконуються одночасно визначаються одиницями у відповідних розрядах однієї мікрокоманди. Код операції задає адресу першої мікрокоманди в мікропрограмі. Адреси наступних мікрокоманд визначаються за принципом примусової адресації згідно цього мікрокоманда складається з двох частин-мікроопераційної та адресної. Основною перевагою горизонтального мікропрограмування є висока швидкодія як за рахунок простоти та можливості одночасної генерації довільного числа сигналів мікрооперацій так і за рахунок швидкого формування адреси наступної мікрокоманди. Однак при горизонтальному мікропрограмуванні довжина поля мікрооперації повинна бути не менша за максимальну кількість несумісних мікрооперацій тобто вимагаються довгі формати мікрокоманд та комірки запам’ятовуючого пристрою що призводить до значних витрат обладнання. Крім того лише невелике число розрядів в полі мікрооперації буде містити одиниці тобто запам’ятовуючий пристрій буде використовуватись неефективно.

Скоротити довжину мікрокоманд дозволяє застосування вертикального мікропрограмування при якому кожна мікрооперація кодується ]log2 n[ - розрядним кодом де n – загальна кількість мікрооперацій. Таке кодування накладає обмеження на методи виконання операцій а саме не повинно бути операцій що потребують одночасного виконання ряда мікрооперацій. В тих випадках коли це обмеження виконати неможливо треба використовувати складні мікрооперації що складаються з сукупності простих.

1. 2.2 Опис керуючого автомату Мілі

За способом формування функції виходів виділяють три типи абстрактних автоматів: автомат Мілі, автомат Мура та С-автомат.

В абстрактному автоматі Мілі значення функції виходу в момент t залежить не лише від стану автомата, але і від набору значень вхідних сигналів.

Довільний абстрактний автомат Мілі має один вхідний і один вихідний канали.

Автомат Мілі характеризується системою рівнянь:

(2.1)

де – множина вхідних сигналів автомата (вхідний алфавіт);

– множина станів автомата (алфавіт станів);

– множина вихідних сигналів (вихідний алфавіт).

λ – функція виходів автомата;

φ – функція переходів автомата.

Іншими словами, функція виходів λ задає відображення (X S)→Y, тобто ставить у відповідність будь-якій парі елементів декартового добутку множин (X S) елемент множини S.

1. 2.3 Кодування граф-схеми автомату

В автоматі Мілі початок і кінець мікропрограми представляються початковим станом автомата а₀. Кожна дуга, яка виходить із операторної вершини позначається символом а_і. Якщо декілька дуг, позначені певними станами а_к, входять до одного блоку графа мікропрограми, то всі вони помічаються однаковим символом стану а_к.

Позначення операцій та логічних умов наведено у таблиці 3.

2. 2.4 Побудова таблиці переходів

Умови переходу по мікропрограмі від одного стану до іншого задають функцію переходів автомата.

Таблиця переходів (виходів) являє собою таблицю з подвійним входом, рядки якого пронумеровані вхідними буквами, а стовпці – станами. На перетині вказується стан, у який переходить автомат (в таблиці переходів) або вихідний сигнал, що видається ним (у таблиці виходів).

Іноді при завданні автоматів Мілі використовують одну суміщену таблицю переходів і виходів, в якій на перетині стовпця а_m і рядка х_j записуються у вигляді а_s/y_g наступний стан і вихідний сигнал, що видається.

У таблиці 4 для заданого автомата маємо суміщену таблицю переходів і виходів.

Таблиця 2 – Таблиця переходів і виходів

2. 2.5 Синтез керуючого автомату

Керуючі пристрої складаються із окремих логічних схем елементів, які виробляють керуючі сигнали в заданій послідовності. Такий керуючий пристрій можна розглядати як керуючий автомат типу Мура чи Мілі.

Для автомату Мілі вихідний сигнал залежить не лише від внутрішнього стану, а й від зовнішнього стану схеми. Можна побудувати граф переходів автомата Мура, де вершинами являються стани автомата, а дугами - умови переходу з одного стану в інший.

В залежності від способу визначення вихідного сигналу в синхронних автоматах існує два способи:

вихідний сигнал y(t) однозначно визначається вхідним сигналом x(t) і станом а(t-1) автомата в слідуючий момент часу;

вихідний сигнал y(t) однозначно визначається вхідним сигналом x(t) і станом а в даний момент часу.