Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 126
Текст из файла (страница 126)
Очевидно, что для определения, какое из чисел Х или У больше, можно воспользоваться компаратором. Сигнал с выхода компаратора может управлять мультиплексорами, иа выходах которых будут вырабатываться сигналы ппп(Х, У) и шах(Х, У), а с помощъю другого мультиплексора можно выбрать один из этих результатов в зависимости от значения сигнала М!!ч/МДХ. Блок-схема устройства, в котором реализован этот подход, приведена на рис. б.8(а). НЕ СЛЕДУЙТЕ СЛЕПО ЗА РЕКЛАМОЙ! Расточительность исходного варианта, представленного на рис. 6.8(а), возможно, была очевидна для вас с самого начала, но он демонстрирует важный принцип проектирования на основе стандартных блоков: ° Для обработки данных используйте стандартные блоки и ищите способ заставить одни и те же блоки в разное время выполнять различные функции или работать в различных режимах.
По мере надобности создавайте схемы управления для выбора соответствующих функций, чтобы уменьшить общее число компонентов в устройстве. Как впечатляюще показано на рис, б.8(с), этот подход позволяет сэкономить много корпусов. При проектировании на основе интегральных микросхем не следует поддаваться рекламе: «У нас есть все, что вам нужно, и даже больше»! 6.1. Примеры проектирования на основе стандартных блоков 666 ма«мхх х (а) 74ьве82 74м 57 (с махи хрсо) гра) Рис.
6.8. Схема компаратора с управляемым режимом работы: (а) блок-схема первого приходящего на ум решения (пзох — мультиплексор); (Ь) блок-схема более рационального решения с точки зрения стоимости; (с) принципиальная схема для варианта на рис, ((з) Наше первое решение достигает цели, но оно дороже, чем могло бы быть. Хотя схема содержит три двухвходовых мультиплексора, в конце концов нужно выбрать и пропустить на выход только одно из двух имеющихся входных слов Х и У. Позтому задача состоит в том, чтобы построить схему, в которой решение о выборе одного из двух входных слов осуществлялось бы единственным двухвходовым мультиплексором и некоторой дополнительной логикой.
Иллюстрацией такого подхода служат схемы на рис. 6.8(Ь) и (с). «Дополнительная логика» оказывается совсем простой; зто всего лишь единственный вентиль ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ. 566 Глава 6. Примеры проектирования комбинационных схем 6.2. Примеры проектирования схем с использованием языка АВЕЕ и их реализация в ПЛУ б.2.1. Устройство быстрого сдвига Устройство быстрого сдвига, рассмотренное в разделе 6.!.
), является хорошим примером проектирования некоторой схемы, когда не используются ПЛУ. Однако для описания подобного устройства удобно воспользоваться языком АВЕ!., и мы увидим, почему ПЛУ не вполне подходит для реализации типичного устройства быстрого сдвига. В табл. 6.2 приведены равенства для !6-разрядного устройства быстрого сдвига с теми же самыми функциональными возможностями„что и в примере в разделе 6.1.!. В этом устройстве осуществляются тссзько циклические сдвиги влево, а величина сдвига определяется сигналами, поступающими иа 4-разрядный управляющий вход Я[3...03.
Язык АВВЕ позволяет легко описать в целом выполняемые схемой функции, не заботясь о том, как схема могла бы быть разбита на несколько отдельных микросхем. Кроме того, компилятор языка АВЕЕ послушно находит минимальное выражение вида «сумма произведений» для каждого выходного бита. В данном случае каждому выходному сигналу необходимы ! 6 термов-произведений. аоаи?е Ъатте?15 с111е '15-Ъзт Ватте1 ЯЪ1»свт' ?ириса алб сверите 0?М15..ИМО, 33..30 000Т15,.000ТО рхи; рзв 1втуре 'соа'; Я [33 .303; еииасзоив В)00т15..000т03 (3 О) а В)?и15..0?ио? а (Я~ 1) Ф [0?И14..0?ИО,ИМ153 $ (Я 2) Ф [0?М13.
0?МО,О?М15..0?М143 а (Я" 3) а [0?и12..имс,им15..01И133 $ (3,==12) а [0?мз..0?м0,0?м15.,0?м43 ОЗ 13) в [0132,.ии0,0?И15.,01333 (8 14) в [0?и1.,01м0,01М15 ° 0?М23 а (Я 15) а [0?МО,01И15.,01М13; еиа Ьатгв11б Табл. 6.2. Программа для 16-разрядного устройства быстрого сдвига на языке АВЕЕ 6.2.
Примеры проектирования схем о использованием языка АВЕЬ 567 Разбнение16-разрядного устройства быстрого сдвига на составные части для реализации в нескольких ПЛУ является трудной задачей по двум причинам. Вопервых, очевидно, что природа этой функции такова, что каждый выходной бит зависит от каждого входного бита. ПЛУ, которое вырабатывает, скажем, выход РО1170, должно иметь доступ ко всем 16 входам Р1й и ко всем четырем входам В Поэтому явно нельзя использовать ИС ОАЬ!6Ч8. у нее только 16 входов, ИС ОАЬ20Ч8 подобна ИС ОАЬ16Ч8, но имеет четыре дополнительных вывода, работающих только на вход Если мы воспользуемся всеми 20 имеющимися входами, то останутся два вывода (эквивалентные верхнему и нижнему выводам на рис.
5.27), работающие только на выход. Таким образом, кажется возможным реализовать устройство быстрого сдвига на восьми микросхемах 20Ч8, вырабатывая по два выходных бита в одной микросхеме Но это не все. Вторая причина затруднений при попытке реализовать устройство быстрого сдвига в ПЛУ кроется в числе термов-произведений, приходящихся на один выход. Для построения устройства быстрого сдвига требуется 16 термов-произведений, а в ИС 20Ч8 их только 7. Мы зашли в тупик.
любая реализация устройства быстрого сдвига на основе ИС 20Ч8 приводит к необходимости применять логику с несколькими проходами. В этой ситуации имеет смысл подумать о разделении, аналогичном тому, какое мы производили в разделе 6.1.1. 16-разрядное устройство быстрого сдвига нетрудно реализовать в более крупном программируемом устройстве, то есть в ИС типа СРЬР или ГРОА с достаточным количеством выводов «вход/выход».
Однако представьте себе, какие сложности возникнут при проектировании 32-разрядного или 64-разрядного устройства быстрого сдвига. Ясно, что нам понадобится ИС с еще большим числом выводов «вход/выход», но и это еще не все. Из-за большого числа термовпроизведений и множества связей (все входы соединяются со всеми выходами) нам по-прежнему придется «пошевелить мозгами».
Действительно, типичной программе компоновки в случае ИС типа СРЬР или РРОА будет трудно реализовать большое устройство быстрого сдвига с малой задержкой, и она может вообще не справиться с этой задачей. При разбиении устройства быстрого сдвига на стандартные блоки в разделе 6 1.1 мы считали само собой разумеющейся возможность осуществления необходимых соединений! В ИС типа РРОА возможности образования внутренних связей ограничены, а у ИС типа СРЬР эти ограничения еще больше. Следовательно, даже в том случае, когда вы пользуетесь современными средствами проектирования применительно к ИС типа РРОА и СРЬР, вам все же придется «поработать головой», чтобы в какой-то степени разбить схему на части и таким образом помочь программным средствам справиться со своей работой. Устройства быстрого сдвига могут быть даже более сложными, чем те, о которых мы говорили до сих пор.
Толью ради шутки в табл. 6.3 приведена программа для устройства быстрого сдвига, которое выполняет шесть различных видов сдвига. Для его реализации требуется даже большее число термов-произведений, до 40 на выход! Хотя вы никогда не стали бы реализовать такое устройство на основе ПЛУ, ИС типа СРЬР или на небольшой ИС типа КРОА, минимизированные равенства, выдаваемы компилятором языка АВЕЬ, все же полезны, потому что позволяют понять, к чему ведет тот или иной выбираемый вами вариант. Например, изменяя кодирование 8?А и 666 Глава 6. Примеры проектирования комбинационных схем Ян)» на [1, .х., 0 3 и [1, .х., 11, можно сократить обшее число термов-произведений в устройстве с 624 до 608.
Число термов-произведений можно еше уменьшить, изменяя — для некоторых сдвигов — представление числа, задаошего величину сдвига [см. задачу 6.3). Зти приемы экономии, достигаемой подобными изменениями, можно перенести и на другие подходы к проектированн(о. Табл. 6.3. Программа для многорежимного 16-разрядного устройства быстрого сдвига на языке АВЕЬ яобв1е Ьагг1151 т»»1е 'ии1»1-косе 16-ь»» Вагг«1 яь»1»ег' " гара»в аа1 Ои»ри»в 01Н16, .01ИС, 83..80, С2.,СО ООСТ16 ..
Осстс рйя; р»о ге»уре 'соа'; 8 " ЫЗ..Б03; С = [С2 (. = 01И!5; и 01НО; [000215..000ТО] йсь й (Б О) й В1и(5..01и03 «йсь й (8 1) й [01И14..01Н0,01815] «йав й (3 2) й [01Н18..01НС,01515..ШН143 «йсь й (Я -Ш) й ВТИС,ШИШ..ОШП «йой й (Б= О) й В1И15..01ИО3 «жж й (Я-1) й Втнс,стн(ь..стит] « ВОВ й (Я= 14) й [0)ШЗ..ОТИС,01515..0(И(4] « йой й (3 "15) й [01И14..01ио,вти(53 « ЗЬЬ й 08 О) й (01И15..01503 « з( 0 й (Я П й [0)И(4.,01нс,о] « ж ь й '(8==14) й В1И(..огнс,с,с,с,с,с,с,с,0,0,0,0,0,0,03 « Б[Л й (Я 16) й [01ИО.О, О,с, О, О, О,О,О, О, 0,0,0,0, О, С] « ЯНЬ й (8-О) й [01И(5,.01НО] « зрд.
й (з=-1) й [с,эти(6..01нз] « Яй(. й (З-М) й [С,С,О„С,О,О,О,С,С,О,О,С,О,С,01Н15..0(И»4] « ЯРА й (Я-=15) й [С,С,О.О,С,'О,О,С,О,О,О,О,О,О,'0.01Н(Ь] «8(.А й (Б О) й ВТИ15..иис] «Я(А й (В 1) й В1и14,,0180,83 «ЗЬА й (8=.-14) й (01из..сзис,й,й,й,й,й,й,й,й й й,й,й,й,й] «81А й (8 "15) й [01)(с,й,й,й,й,й,й,й,й,й,й,й,й,й,й,а] «ЯВА й (Я О) й [01И15..ИИ03 «БРА й (Б"' '1) й ((.,01и15..01к13 В ЗРА й (З =М) й (Ь,Ь,Ь,Ь,Ь,Ь,(„Ь,Ь,Ь,Ь,Ь,Ь,Ь,О)Н16..01Н»4] В ЗЗА й (8'-'16) й [Ь,Ь,Ь,Ь,'1,1.5 Ь,Ь,Ь Ь ' 1 Ь Ь 01И163; еоб Ъаг»1181 йоь = (с == [0,0,03) йсй = (С [0,0,13) ВЬЬ (С = [С,1,0]) Яйь = (с =" [0,1 11) БЬА (с "" [1,0,03) зйй (с "= [1,0,1]) СО]( " ВЬ11» ахова» авб хосе " НЗВ аоа ЬЯВ йо»а»е (с1гсо1аг вштг) 1ен» йо»а»е («1гсо1аг вь11») г18Ь» ЯЬ11» 1о81»а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
