15. Структура синхронной системы

Если число триггеров в последовательностной схеме велико, то неудобно (а часто невозможно) рассматривать схему как одно целое, посколь­ку число состояний такого конечного автомата слишком велико.

В большинстве случаев цифровые системы или подсистемы мож­но разбить на две или большее число частей. Независимо от того, что именно обрабатывается в цифровой системе, - числа, оцифрованный речевой сигнал, - можно считать, что в определен­ной части цифровой системы происходит запоминание, перенаправление, объе­динение или преобразование «данных» в самом общем виде; эту часть мы бу­дем называть устройством обработки данных.

Что касается другой части - управляющее устройство, то она производит запуск или остановку устройства обработки данных, проверяет правильность его функционирования и, в зависимости от обстоя­тельств, решает, что надо делать дальше. Как правило, только управляющее устройство необходимо разрабатывать как конечный автомат.

Рис. 8.79. Структура синхронной системы

На рис. 8.79 представлена блок-схема системы, где, помимо управляющего устройства и устройства обработки данных, явным об­разом включены входной и выходной блоки.

Управляющее устройство представляет собой конечный автомат с командны­ми входами и входами условий; сигнала­ми на командных входах определяется функция, которую должен выполнить автомат, а сигналы на входах условий вырабатываются устройством обработки данных. На командные входы сигналы поступают от другой подсистемы или от пользователя, и ими устанавливается режим работы управляющего конечного автомата. Сигналы на входах условий позво­ляют управляющему устройству изменить свое поведение, как того требуют об­стоятельства, по результатам работы устройства обработки данных.

Ключевым моментом в структуре является то, что во всех блоках используется один и тот же общий тактовый сигнал.

Рис. 8.80 служит иллюстрацией того, что происходит в управляющем ус­тройстве и в устройстве обработки данных в пределах одного периода тактового сигнала:

1. Спустя небольшое время после начала очередного периода устанавливается состояние управляющего устройства и принимают установившиеся значе­ния регистровые выходные сигналы устройства обработки данных.

2. Затем, спустя время, определяемое задержкой комбинационной логики, ус­танавливаются значения сигналов на выходах типа Мура управляющего ко­нечного автомата. Для устройства обработки данных эти сигналы являются управляющими входными сигналами. Именно ими определяется, какие фун­кции выполняет устройство обработки данных на остающейся части периода тактового сигнала.

3. Ближе к концу периода тактового сигнала в устройстве обработки данных вырабатываются и становятся доступными управляющему устройству вы­ходные сигналы условий типа обнаружения нуля или переполнения.

4. В конце периода тактового сигнала, к моменту времени, который непосред­ственно предшествует началу интервала, задаваемого временем установле­ния, логикой переходов в управляющем конечном автомате определяется следующее состояние; оно зависит от текущего состояния, а также от сиг­налов на командных входах и входах условий. Примерно к этому же времени результаты вычислений в устройстве обработки данных оказываются гото­выми к тому, чтобы быть загруженными в регистры этого устройства.

5. С приходом фронта тактового сигнала описанный цикл может повторяться.

Сигналы на управляющих входах устройства обработки данных, являющиеся выходными сигналами управляющего конечного автомата, могут быть сигнала­ми типа Мура, Мили или сигналами на конвейерном выходе Мили; приведенные на рис. 8.80 временные диаграммы относятся к случаю выходов типа Мура.

Сиг­налы на выходах типа Мура или на конвейерных выходах типа Мили управляют работой устройства обработки данных в строгом соответствии с текущим со­стоянием и последними значениями входных сигналов, но это воздействие не за­висит от сигналов условий, вырабатываемых устройством обработки данных в этом периоде тактового сигнала. Это повышает гибкость системы, но одновре­менно требует большего времени для правильной работы, поскольку много большими становятся задержки распространения сигнала, что приводит, как ми­нимум, к увеличению требуемого периода тактового сигнала.

Рис. 8.80. События, происходящие в синхронной системе в пределах од­ного периодатактового сигнала