4. Блок-схема функционирования управляющего автомата.

Возможность последовательных вычислений в центральном процессорном элементе микроконтроллера обеспечивается при помощи двух типов блоков: управляющего и операционного. Такой подход позволяет упорядочить математическое описание работы синтезируемого узла и упростить его схемотехническую реализацию.

Управляющий блок предназначен для формирования распределенной во времени последовательности сигналов управления (v_i) операционным блоком. Сигналы управления задают требуемую последовательность микроопераций, уникальную для ассемблерной команды каждого вида. Каждая микрооперация выполняется за один период частоты тактового генератора (за один импульс синхронизации) и приводится в действие одним из управляющих сигналов v_i. Для управления независимыми узлами операционного блока один и тот же управляющий сигнал в один и тот же момент времени может поступать параллельно к нескольким узлам.

Последовательность формируемых управляющих сигналов определяется внешними сигналами кода операции (z_i), поступающими в управляющий блок извне, а также внутренними сигналами операционного блока (u_i), которые зависят как от операндов, так и от промежуточных результатов преобразований.

Последовательность микроопераций, обеспечивающая выполнение ассемблерной операции каждого вида центральным процессорным элементом микроконтроллера (например, операции инверсия содержимого регистра; операции декремент содержимого регистра; операции сложения содержимого двух регистров; и др.), называется микропрограммой ассемблерной операции.

Функции, которые выполняет управляющий блок, определяют тип его реализации – конечный автомат, блок-схема которого приведена на рис. 5.

Операционный блок. Последовательность сигналов управления (v_i), для операционного блока является синхронизирующей или разрешающей и определяет момент времени срабатывания каждого из его узлов. Каждый узел операционного блока выполняет микрооперацию, следовательно, полное исполнение ассемблерной операции требует жестко указанной последовательности срабатываний узлов, т.е. последовательности микроопераций. К микрооперациям относятся: формирование сигнала управления для чтения данных из регистра участвующего в ассемблерной операции; разрешение исполнения логической операции (возможно только после передачи на входы исполнительного узла всех операндов); загрузка результата ассемблерной операции в оперативную память; и другие.

Завершение выполнения микрооперации, по необходимости, может отображаться в управляющем блоке совокупностью результирующих сигналов (w_i).

Функции, которые выполняет операционный блок, определяют тип его реализации: коммутаторы, регистры, счетчики, сумматоры и иные узлы, производящие прием, обработку, хранение и передачу операндов ассемблерной операции под воздействием разнесенных во времени сигналов управления.

Схемотехническая реализация центрального процессорного элемента выполняется на базе управляющего автомата, следовательно, для его реализации требуется определить последовательность управляющих воздействий на функциональные узлы микроконтроллера при микрокомандном управлении исполнением ассемблерной команды.

Выполняя совместный анализ микрокомандного управления и блок-схемы (см. рис. 5) можно представить несколько реализаций управляющих автоматов в зависимости от количества ассемблерных команд, которыми они управляют, как показано в табл. 5.

Таблица 5.

Реализации управляющих автоматов.

Характеристика реализации управляющего автомата	Количество
	управляющих автоматов	вершин	триггеров	дешифраторов
Отдельный, для каждой ассемблерной команды	12	7…16	11 х 4 + 3 = 47	12
Один, в соответствии с блок-схемой (см. рис. 5)	1	77	7	2
Один, по рациональной блок-схеме	1	29	5	1 (преобразователь кодов)

Как показано в табл. 5, приведенная на рис. 5 блок схема является подробной, но содержит значительную избыточность, следовательно, разработчикам предлагается рационализировать приведенную на рис. 5 блок-схему.

Синтез принципиальной схемы управляющего автомата выполняется по стандартной методике и не вызывает затруднений после начертания графа переключений, пример которого приведён на рис. 5.

Формирование функциональной схемы возможно на основании известных функций её узлов, следовательно, необходимо определить требования к узлам, используя для этого совокупность микрокоманд.