--PAGE_BREAK--2. СИНТЕЗ КЕРУЮЧИХ АВТОМАТІВ З ЖОРСТКОЮ ЛОГІКОЮ
На практиці використовуються дві моделі МПА — автомат Милі й автомат Мура, розходження між якими полягає у функції виходу. В автоматі Милі вихідний сигнал залежить від поточного стану і вхідного сигналу, а в автоматі Мура‑ тільки від стану. Незалежно від типу МПА для їхнього синтезу використовується однакова методика, що включає наступні етапи:
1. Оцінка станів автомата на ГСА.
2. Побудова таблиці переходів.
3. Кодування станів УА.
4. Побудова прямої структурної таблиці.
5. Формування системи булевських функцій (СБФ) для вихідних сигналів і функцій збудження елементів пам'яті
6. Синтез схеми в заданому елементному базисі.
2.1
Методика синтезу автомата Мура
На першому етапі початкова і кінцева вершини відзначаються окремим станом.
Побудова таблиці переходів зводиться, до формувань по відзначеної ГСА таблиці, що містить стовпці: am — вихідний стан; as — стан переходу; X(am, as) — кон’юнкція вхідних перемінних, визначальний перехід (am, as) і відповідна функції переходу іj, де Yі відзначений станом am, Y – стан As, Y(am) — вихідні сигнали; h=1, H — номер переходу.
При кодуванні станів необхідно прагнути до такого кодування, що зменшує кількість функцій збудження, що приймають одиничне значення, і, отже, складність схеми УА.
Для цих цілей рекомендується використовувати алгоритми кодування.
Структурна схема автомата Мура (див. рис. 2.1):
1. Пам'ять – зберігає код стану (Q);
2. Дешифратор (ДС) – виконує перетворення коду в унітарний код, вказує на поточний стан.
На базі вектора станів А схема вихідних сигналів (СФВС) формує вихідні сигнали керуючого автомата y.
Автомат Мура має свою відмінність — вихідний сигнал yзалежить не від вхідного Х, а від стану.
Автомат Мура, як і кожний інший автомат складається з двох частин: комбінаційна схема та пам'ять (тригер).
Для синтезу автомата Мура потрібно позначити кожну операторну вершину через a[i], починаючи з “початок” — і закінчуючи “кінець” — , так як це зроблено на рисунку 2.2.
Записуємо до таблиці 2.2 отримані результати: поточний стан (мітка вершини та номер її значення в двійковій системі вираховування), наступний стан (мітка вершини та номер її значення в двійковій системі вираховування), вхідний сигнал Х, вихідний сигнал Yта функції збудження пам'яті у заданому тригері (згідно варіанта — у тригері RS).
Рис. 2.2 – Граф-схема автомата Мура
Табл. 2.1 – Структура переходів для автомата Мура
продолжение
--PAGE_BREAK--2.2 Формування схеми автомата Мура
2.2.1 Функції збудження пам'яті та їх синтез у заданий базис:
2.2.2 Синтез дешифратора та його синтез у заданий базис:
Синтез дешифратора для автомата Мура розробляється так само, як і синтез для автомата Мілі(див. далі).
2.2.3 Рівняння вихідних сигналів та їх синтез у заданий базис:
2.3 Методика синтезу автомата Мілі
Структурна схема автомата Мілі (зображена на рис. 2.3) включає ті ж етапи, що і синтез КА Мура. Відрізняється від схеми автомата Мура тим, що вихідні сигнали Yзалежать від вхідних Х.
Порядок синтезу автомата Мілі:
1. Позначаємо вхід початкових та кінцевих станів;
2. Позначаємо вихід операторних вершин у паралельних гілках одним станом (див. рис. 2.4). Кожна операторна вершина відзначається окремим станом. Таблиця переходів автомата має наступні стовпці: am, as — вихідний стан і стан переходу.
Х (am,as) — кон’юнкція вхідних перемінних, визначальний перехід (am, as),
Yh — вихідний сигнал на переході (am, as).
Для синтезу логічної схеми в заданому базисі необхідно перетворити СБФ за правилами Де-Моргана з урахуванням обмежень елементного базису — числа входів і навантажувальної здатності.
Рис. 2.5 – Граф-схема автомата Мілі
Табл. 2.2 – Структура переходів для автомата Мілі
продолжение
--PAGE_BREAK--2.
4
Формування схеми автомата Мілі
2.4.1 Функції збудження пам'яті та їх синтез у заданий базис:
2.4.2 Синтез дешифратора та його синтез у заданий базис.
Методика синтезу дешифратора до автомата Мілі:
§ таблиця істинності (Карта Карно);
§ Карта Карно для одержання мінімізованої функції збудження;
§ запис формул функцій збудження;
§ побудова схеми.
Оскільки на кожнім наборі вхідних перемінних активний тільки один біт, то Карту Карно можна зобразити одну загальну для усіх вихідних сигналів. При цьому в осередках Карти Карно записуються не одиниці, а імена відповідних функцій.
Табл. 2.3 – Карта Карно до дешифратора автомата Мілі
...
...
...
Електрична схема дешифратора зображена на рисунку 2.6.
Рис. 2.6 – Дешифратор. Функціональна схема.
2.4.3 Рівняння вихідних сигналів та їх синтез у заданий базис:
3. Синтез автоматів з програмованою логікою
3.1 Синтез автомата з примусовою адресацією команд
ПЗУ – зберігаємий набір команд, кожна з котрих несе інформацію про набір вихідного сигналу, про поточний такт та адресу мікрокоманд, котрі повинні бути виконані у наступному такті.
Рис. 3.1 — Формат МК
Рис. 3.2 — Структурна схема АПЛ з примусовою адресацією мікрокоманд
Аналіз рисунка 3.2:
§ СФВС — дозволяє декодувати інформацію, що утримується в полі Y.
§ САХ — являє собою мультиплексор на інформаційні входи якого подаються вхідні сигнали, а на адресні, код з поля Nх при цьому на А0завжди подається сигнал «0», у такий спосіб формується сигнал Z, що забезпечує передачу на адресний вхід пам'яті А або А0, або А1.
Для того щоб сформувати вміст ROM по граф-схемі мікрокоманд необхідно:
§ відзначити номера мікрокоманд;
§ закодувати вихідні сигнали і сформувати мікрокоманди по заданому форматі;
§ сформувати таблицю вмісту ROM.
Рис. 3.3 – Граф-схема автомата з примусовою адресацією команд
Для скорочення довжини слова ROM будемо використовувати принцип максимального кодування вихідних сигналів.
Табл. 3.1 – Максимальне кодування вихідних сигналів
№п/п
Макрокоманда
Мікрооперації
Код
1
Y0
-
000000
2
Y1
y1 y2 y4 y7
000001
3
Y2
y3 y8
000010
4
Y3
y14 y17 y21 y40
000011
5
Y4
y11 y16 y35
000100
6
Y5
y10 y17 y27 y41
000101
7
Y6
y11 y25 y37
000110
8
Y7
y10 y20 y27 y41
000111
9
Y8
y13 y16 y35
001000
10
Y9
y15 y19 y34
001001
11
Y10
y10 y30 y32 y41
001010
12
Y11
y12 y18 y20 y41
001011
13
Y12
y11 y28 y36
001100
14
Y13
y10 y27 y29 y41
001101
15
Y14
y14 y17 y21 y41
001110
16
Y15
y15 y19 y34
001111
17
Y16
y14 y18 y32 y41
010000
18
Y17
y13 y31 y36
010001
19
Y18
y12 y30 y32 y41
010010
20
Y19
y13 y28 y39
010011
21
Y20
y12 y15 y17 y21 y22 y34 y40
010100
22
Y21
y12 y30 y32 y41
010101
23
Y22
y12 y23 y30 y41
010110
24
Y23
y15 y19 y37
010111
25
Y24
y12 y18 y32 y41
011000
26
Y25
y14 y20 y24 y40
011001
27
Y26
y14 y17 y24 y41
011010
28
Y27
y15 y31 y38
011011
29
Y28
y9 y14 y18 y19 y20 y35 y41
011100
30
Y29
y14 y23 y33 y41
011101
31
Y30
y15 y31 y34
011110
32
Y31
y14 y24 y32 y40
011111
33
Y32
y11 y31 y35
100000
34
Y33
y10 y26 y30 y40 y0
100001
35
Y34
y10 y26 y30 y41 y0
100010
36
Y35
y11 y25 y34
100011
Табл. 3.2 – Структура переходів для автомата з примусовою адресацією команд
Табл. 3.3 – Таблиця кодів станівавтомата з примусовою адресацієюкоманд
№ п/п
Стан
Код
1
b
000000
2
b1
000001
3
b2
000010
4
b3
000011
5
b4
000100
6
b5
000101
7
b6
000110
8
b7
000111
9
b8
001000
10
b9
001001
11
b10
001010
12
b11
001011
13
b12
001100
14
b13
001101
15
b14
001110
16
b15
001111
17
b16
010000
18
b17
010001
19
b18
010010
20
b19
010011
21
b20
010100
22
b21
010101
23
b22
010110
24
b23
010111
25
b24
011000
26
b25
011001
27
b26
011010
28
b27
011011
29
b28
011100
30
b29
011101
31
b30
011110
32
b31
011111
33
b32
100000
34
b33
100001
35
b34
100010
36
b35
100011
37
b36
100100
38
b37
100101
39
b38
100110
40
b39
100111
продолжение
--PAGE_BREAK--
Табл. 3.4 – Таблиця вхіднихсигналівавтомата з примусовоюадресацієюкоманд
№ п/п
Вхіднийстан
Код
1
Х0
000
2
Х1
001
3
Х2
010
4
Х3
011
5
X4
100
Рівняння вихідних сигналів та їх
синтез у заданий базис:
3.2
Синтез автомата з природною адресацією команд
У реальних мікропрограмах часто зустрічаються ситуації, коли маються досить довгі сплетіння операторних вершин. У цьому випадку можлива організація схеми, коли безумовний перехід не задається, а виконується нарощуванням адреси мікрокоманди. Таким чином вдається зменшити довжину мікрокоманди за рахунок формування вихідних сигналів і аналізу вхідних сигналів у різні моменти часу. Для цього в автоматах із природною адресацією використовується два формати мікрокоманд:
§ операторна
§ умовна
Рис. 3.4 – Структурна схема автомата з природною адресацією
Аналіз схеми:
У регістрі мікрокоманд зберігатися поточне МК, якщо це операторна МК, то працює схема формування вихідних сигналів і в операційний автомат попадає y.
При цьому схема аналізу Х формує Z, що змушує адресу, що зберігається в лічильнику збільшитися на одиницю.
Якщо в регістрі МК умовна МК, то вихідний сигнал не формується, а схема аналізу Х формує Z, у залежності від значення Z:
якщо Z=1, то до значення лічильника команд додається 1,
якщо Z=0, то в лічильник попадає адреса мікрокоманди з поля b.
Порядок формування змісту ROM такий же як в автоматі з примусовою адресацією мікрокоманд.
Рис. 3.5 – Граф-схема автомата з природною адресацією команд
Табл. 3.5 – Структура переходів для автомата з природною адресацією команд
Табл. 3.6 – Таблиця кодів станівавтомата з природною адресацією команд
№ п/п
Стан
Код
1
b
000000
2
b1
000001
3
b2
000010
4
b3
000011
5
b4
000100
6
b5
000101
7
b6
000110
8
b7
000111
9
b8
001000
10
b9
001001
11
b10
001010
12
b11
001011
13
b12
001100
14
b13
001101
15
b14
001110
16
b15
001111
17
b16
010000
18
b17
010001
19
b18
010010
20
b19
010011
21
b20
010100
22
b21
010101
23
b22
010110
24
b23
010111
25
b24
011000
26
b25
011001
27
b26
011010
28
b27
011011
29
b28
011100
30
b29
011101
31
b30
011110
32
b31
011111
33
b32
100000
34
b33
100001
35
b34
100010
36
b35
100011
37
b36
100100
38
b37
100101
39
b38
100110
40
b39
100111
41
b40
101000
42
b41
101001
43
b42
101010
44
b43
101011
45
b44
101100
46
b45
101101
47
b46
101110
48
b47
101111
49
b48
110000
50
b49
110001
Табл. 3.7 – Таблиця вхідних сигналівавтомата з природною адресацієюкоманд
продолжение
--PAGE_BREAK--