1. Структурная схема управляющих автоматов

Согласно модели академика В.М. Глушкова цифровой автомат (ЦА) как устройство для автоматической обработки цифровой информации по заданным алгоритмам представляет собой совокупность операционного автомата (ОА) и управляющего автомата (УА).

Рисунок 2. Структура цифрового автомата

Операционный автомат служит для выполнения собственно набора требуемых операций алгоритма. Управляющий автомат задает последовательность действий по алгоритму в зависимости от условий (которые также формируются ОА как логические сигналы), т.е. координирует действия узлов ОА. Он выраба­тывает в некоторой временной последовательности управляющие сиг­налы, под действием которых в узлах ОА выполняются требуемые действия, например, установка регистра в некоторое состояние, инвертирование содержимого разрядов регистра, пересылка содержимого одного узла в другой, сдвиг содержимого узла влево, вправо, счет, при котором число в счетчике (регистре) возрастает или убывает на единицу, сложение и т.д. Работа автомата разбивается на такты (дискретные интервалы времени). Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОА в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.

Совокупность микроопераций, которые могут выполняться в ОА параллельно в одном такте, называется микрокомандой. Последовательность микрокоманд, реализующих алгоритм, называется микропрограммой.

Таким образом, если в ОА предусматривается возможность исполнения n различных микроопераций, то из УА выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определенной микрооперации. И если необходимо в ОА выполнить некоторую микрооперацию, доста­точно из УА по определенной управляющей цепи, соответствующей этой микрооперации, подать сигнал (например, напряжение уровня лог.1). В силу того, что УА определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последова­тельности должны выполняться микрооперации, он получил назва­ние микропрограммного автомата.

Формирование управляющих сигналов y₁, y₂…..y_n для выпол­нения микрокоманд может происходить в зависимости от состояния узлов ОА, определяемого сигналами х₁, x₂, ... , х_s , которые подаются с соответствующих выходов ОА на входы УА. Управляющие сигналы y₁, y₂…..y_n могут также зависеть от внешних сигналов x_s+1, …., x_L.

Для сокращения числа управляющих цепей, выходящих из УА (в тех случаях, когда оно конструктивно выполняется отдельно от операционного), микрокоманды могут кодироваться.

Результаты обработки, вы­полненной в ОА, снимаются с его выходов z₁, z₂, …z_m.

Рисунок 3. Композиция операционного и управляющего автоматов

Таким образом, УА предназначен для выдачи управляющих сигналов в каждом такте работы ЦА, инициирующих выполнение определенных микроопераций (или микрокоманд) в ОА в соответствии с выполняемым алгоритмом и в зависимости от поступающих на входы УА информационных сигналов (условий). Фактически УА реализует последовательность действий по алгоритму, при этом содержание этих действий зависит от управляемого объекта, в данном случае – от ОА. Если ОА "знает как" делать, то УА "знает, что и когда", то есть в какой последовательности что делать. При этом для УА "что делать" – это просто коды команд, про их содержание он не знает.