1. Синтез управляющего автомата

Существуют два принципиально разных подхода к проектированию УА: использование принципа схемной (жесткой) логики или использование принципа программируемой логики.

В первом случае в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросхем и определяется такая схема соединения их выводов, которая обеспечивает требуемое функционирование. УА, построенный на таком принципе схемной логики, способны обеспечивать наивысшее быстродействие при заданном типе технологии элементов. Недостаток этого принципа построения УА состоит в том, что каждый УА является уникальным по схемному построению. Для реализации схемных решений при этом можно будет использовать микросхемы только малой и в некоторых случаях средней степени интеграции, что становится экономически не выгодно при промышленном их изготовлении.

Другой подход в проектировании УА, основанный на использовании принципа программируемой логики, предполагает построение некоторого универсального устройства с использованием одной или нескольких выпускаемых промышленностью БИС. Требуемое функционирование (т.е. специализация использования) обеспечивается занесением в память УА необходимой микропрограммы. При таком подходе число типов БИС, необходимых для построения УА, небольшое, а потребность в БИС каждого типа высока, что говорит о целесообразности и экономической эффективности их выпуска промышленностью.

Для описания микропрограмм, реализующих алгоритмы выполнения операций, наиболее часто используются язык граф схем алгоритмов. Язык этот использует графический способ представления алгоритмов, т.е. оперирует графическими изображениями. К числу этих изображений относятся так называемые «вершины» и «стрелки», соединяющие вершины между собой. Существует 4 типа вершин: начальная, конечная, операторная и условная (см. рис. 2). Любой алгоритм должен начинаться и заканчиваться соответственно начальной и конечной вершинами. Начальная вершина имеет только одну выходящую стрелку, а конечная – одну или более входящих стрелок. Внутри этих вершин записываются слова «Начало» и «Конец» или «Пуск» и «Останов». Операторная вершина обозначает одну микрокоманду (содержит список управляющих сигналов Y_j, выполняемых одновременно в течение тактового периода), имеет одну выходящую и не менее одной входящей стрелки. Внутри условных вершин записывается осведомительные сигналы X_i (логические условия), принимающие значения 0 или 1. условная вершина имеет не более одной входящей стрелки и две выходящие, которые помечаются цифрами 0 и 1. представление алгоритма функционирования УА на языке граф-схем осуществляется при обязательном соблюдении следующих требований:

• выходы и входы вершин соединяются друг с другом с помощью стрелок, направленных от выхода к входу;

• каждый выход соединяется только с одним входом;

• каждый вход соединяется, по крайней мере, с одним выходом;

• для любой вершины графа существует хотя бы один путь из начальной вершины в эту вершину и из этой вершины в конечную;

• выход одной вершины может быть соединен с входом этой же вершины только в случае, если эта вершина условная. В этом случае вершина называется ждущей, и в цепь обратной связи вводится дополнительная операторная вершина с пустым множеством управляющих сигналов.

Замечание. Стрелки в граф-схеме алгоритма в случае их естественного направления (слева-направо или сверху-вниз) заменяются линиями.