4.3. Синтез управляющего автомата

Процесс синтеза схемы УА включает следующие этапы: [6]

1. Кодированное представление графа микропрограммы или получение граф-схемы алгоритма (ГСА) работы УА.

2. Разметка ГСА для определения состояний УА, функционирующего в соответствии с моделью автомата Мили (Мура).

3. Построение графа автомата Мили (Мура).

4. Составление структурной таблицы автомата и кодирование его состояний.

5. Построение структурной схемы автомата.

6. Построение комбинационной части автомата.

Содержание данных этапов рассмотрим на примере графа микропрограммы рис. 4.4.

Рис. 4.5. ГСА работы УА (а) и соответствующий ей граф автомата Мили (б)

4.3.1. Граф-схема алгоритма (ГСА)

ГСА определяет закон функционирования УА в процессе реализации микропрограммы в операционном устройстве. ГСА получается из графа микропрограммы путем замены микрокоманд, указанных в операторных вершинах, соответствующими им управляющими сигналами Y_m (табл. 4.2), и замены флагов условий в условных вершинах соответствующими им сигналами x_k из табл. 4.3 (сигнал ПУСК также относится к множеству X={x_k}). Полученная таким образом ГСА представлена на рис. 4.5, a.

4.3.2. Интерпретация ГСА автоматами Мили и Мура

Функционирование автомата Мили задается двумя функциями - функцией перехода и выхода :

;

. (4.2)

где - множество состояний автомата; ; - начальное состояние автомата; - состояние (вектор) множества из управляющих сигналов в этот же момент времени. В каждый момент времени t это множество Y(t) представляется каким-либо одним сигналом Y_m, инициирующим выполнение соответствующей микрокоманды.

Необходимый набор состояний автомата определяется путем разметки ГСА по следующим правилам [Л. 6]:

1. символом a₁ отмечается вход вершины, следующей за начальной, а также вход конечной вершины;

2. входы вершин, следующих за операторными, отмечаются символами a₂,a₃,...а_m, при этом входам различных вершин даются различные символы.

Если отметкам a₁, ..., a_m (рис. 4.5,а) поставить в соответствие вершины графа и соединить их дугами, число и направление которых определяется всевозможными переходами между одноименными отметками ГСА, то получим граф автомата Мили (рис. 4.5,б). Каждый переход может включать произвольное число условных вершин, но не более одной операторной. Каждая дуга помечается символом x_k (без инверсии, если путь проходит через выход условной вершины, отмеченный символом "1") и выходным сигналом Y_m, если путь проходит через операторную вершину.

Работа автомата по выполнению микропрограммы является циклической, поэтому рассмотрим его функционирование в течение одного машинного такта, совпадающего с одним тактом синхронизации сигнала СLK. Развертка ГСА по тактам исполнения с отметками автомата Мили приведена на рис. 4.6, а временная диаграмма работы – на рис. 4.3,а.

Рис. 4.6. Граф автомата Мура, интерпретирующий ГСА рис.4.5, а

В начале машинного такта (положительный фронт сигнала СLK) автомат переходит в новое состояние A⁽ⁱ⁾ и ,на основе выработанных в предыдущих тактах осведомительных сигналов X⁽ⁱ⁾, формирует с некоторой задержкой микрокоманду Y_m. Изменение состояния автомата в начале такта приведет и к изменению сигналов возбуждения триггеров ⁽ⁱ⁾ памяти автомата, однако истинные значения сигналов возбуждения установятся в конце такта, когда в операционном устройстве будут установлены в регистре F новые значения признаков по результатам выполнения микрокоманды Y_m (отрицательный фронт сигнала СLK). Регистр флагов F операционного устройства выполнен на триггерах с динамическим управлением, поэтому флаги условий X⁽ⁱ⁾ остаются неизменными в течение времени исполнения микрокоманды, что является обязательным условием правильного (корректного) функционирования автомата Мили.

ГСА может быть также интерпретирована и автоматом Мура, которому свойственен следующий закон функционирования:

; . (4.3)

Поскольку в автомате Мура выходные сигналы связаны только с состояниями автомата, то каждой операторной вершине графа ГСА следует поставить в соответствие одно из состояний a₂, a₃, ... . Символом a_i помечаются начальная и конечная вершины. На ГСА рис. 4.5,а символы состояний a₁, ..., a₈ обозначены цифрами 1, 2, ..., 8 в кружках при соответствующих вершинах.

Граф автомата Мура, интерпретирующий ГСА рис. 4.5,а, представлен на рис. 4.7. В отличие от графа автомата Мили, в графе автомата Мура выходные сигналы помещаются внутри кружка вместе с состоянием a_j. В общем случае автомат Мура имеет большее число состояний, чем автомат Мили, поэтому его реализация требует больших аппаратных затрат.

Рис. 4.7. Развертка ГСА

по тактам исполнения

Особенности взаимодействия управляющего автомата Мура с операционным устройством отражены на временной диаграмме рис. 4.3,б.