3.11. Побудова схеми операційного автомата

Операційний автомат (рис. 3.9) є керуючим чим пристроєм, результатом роботи якого є набір мікрооперацій. Мікрооперації mY_i подаються на вхід виконавчого пристрою, де вони виконуються. Керуючий пристрій (в комп’ютері арифметично-логічний пристрій мікропроцесора) містить набір комбінаційних схем (суматори, регістри, лічильники, компаратори та інше), необхідних для виконання дій, пов’язаних з розв’язанням конкретної задачі. З виконавчого пристрою на вхід операційного автомата подаються сигнали з виходів компараторів X_і. Ці сигнали є вхідними сигналами операційного автомата і формують наступний стан автомата S_і.

Операційний автомат складається з декількох частин.

У вхідній частині розташовані чотири RS-тригери (Т₁-Т₄), які зберігають внутрішній стан автомата. Перед R-входом кожного тригера розташований логічний елемент АБО. Подача одиничного сигналу «Пуск» на один із входів елементів АБО встановлює тригери в нульовий стан. Це дозволяє встановити автомат у початковий стан s₀. Також на входи R- і S- тригерів подаються сигнали, які є кодами станів автомата в поточний момент часу. Виходи RS-тригерів подаються на входи дешифратора.

Дешифратор перетворює двійковий код внутрішнього стану автомата в одиничний сигнал на одному з виходів дешифратора. Виходи дешифратора є станами автомата в попередній момент часу S_t-1. Тип дешифратора вибирається залежно від кількості тригерів, які зберігають внутрішній стан автомата. Для даного випадку використовується дешифратор на чотири входи.

Виходи дешифратора S_t-1 разом із виходами компараторів X_і подаються на вхід перехідної частини пристрою. На рис. 3.9 використане зображення двох вертикальних сукупних шин. На одну з цих шин подаються сигнали з виходів дешифратора. Наприклад, сигналу s_0t-1 припишемо нульовий номер. Оскільки маємо всього дев’ять внутрішніх станів, то використаємо дев’ять виходів дешифратора, позначених номерами від 0 до 8. На другу шину подаються виходи компараторів. Кожний компаратор відповідає одній умовній вершині. Оскільки в даному випадку є чотири компаратори і з прямими та інверсними виходами, то на другу шину подаються вісім сигналів. Номеру 1 відповідає сигнал X₁, номеру 2 відповідає сигнал і т.д.

Перехідна частина будується на основі системи рівнянь для функцій переходів. Наприклад, для реалізації рівняння

потрібний логічний елемент І, на вхід якого необхідно подати восьмий сигнал з першої шини, а саме s_8t-1, та восьмий сигнал з другої шини, а саме . Використавши наступні рівняння, отримаємо перехідну частину автомата. Вихід перехідної частини подається на загальну шину St з сигналами, що ї станами автомата в теперішній час.

Вихідна частина будується на основі системи рівнянь (3.2) для функцій виходів. Вона будується подібно перехідній частині, тільки сигнали надходять на вихідну шину Yt.

У схемі автомата використані дві програмовані логічні матриці (ПЛМ).

ПЛМ – конструктивний елемент (рис. 3.8) , виготовлений у вигляді великої інтегральної схеми (ВІС) та призначений для реалізації систем функцій. ПЛМ налагоджується шляхом видалення непотрібних зв’язків за допомогою випалювання або фотошаблона.

На рис. 3.9 верхня ПЛМ використовується для отримання вхідних сигналів для чотирьох RS-тригерів, а нижня – для отримання сигналів, що відповідають мікроопераціям, які має виконувати процесор.

Сигнали, які відповідають станам St, подаються на входи верхньої ПЛМ. Виходами цієї ПЛМ є сигнали, які завдяки зворотному зв’язку подаються на входи RS-тригерів. Матриця програмується у відповідності до табл. 3.4. Так, якщо маємо одиничне значення стану s_0t, необхідно подати одиничний сигнал на входи R усіх тригерів. Тому перетин горизонтальної лінії, позначеної номером 0, та вертикальних ліній, позначених номерами 2, 4, 6 і 8 (ці лінії відповідають входам R-тригерів), позначаємо на схемі крапками. Таким чином, при одиничному сигналі для стану s_0t одиничний сигнал надійде на 2, 4, 6 і 8 входи вхідної частини схеми автомата встановить тригери в нуль і сформує стан s_0t-1. Сигнал s_0t-1, пройшовши через перехідну частину пристрою, сформує стан s_1t, і цей сигнал надійде на вхід з номером 1 ПЛМ, а з виходів 2, 4, 6 і 7 ПЛМ надійде на 2, 4, 6 і 7 входи вхідної частини. Формування інших станів буде проходити аналогічно.

З вихідної шини Yt сигнали надходять до вихідної ПЛМ. Вона програмується у відповідності до табл. 3.2. Горизонтальні лінії цієї матриці асоціюються з мікрокомандами, а вертикальні – з мікроопераціями. Так, мікрокоманда Y_1t містить дві мікрооперації – mY₁ і mY₂. Тому перетин горизонтальної лінії, позначеної номером 1, та вертикальних ліній, позначених як mY₁ і mY_2, позначаємо крапками. Таким чином, при формуванні одиничного сигналу для вихідного стану Y_1t сигнал надійде на необхідні входи виконавчого пристрою.