2.2. Управляющие автоматы с программируемой логикой

Данный тип автоматов реализует принцип управления по хранимой программе. В соответствии с этим функция проектируемого управляющего устройства определяется следующими параметрами:

1) множеством входных сигналов х₁…x_m, состоящим из кода операции, а также признаков результата, сформированных на выходе АЛУ (ОА);

2) множеством выходных управляющих сигналов у₁…у_n, инициирующих микрооперации в операционном автомате;

3) микропрограммой, задающей порядок следования выходных сигналов в зависимости от алгоритма вычислений.

В результате функционирование управляющего автомата сводится к генерированию последовательности сигналов микроопераций в соответствии с заданным порядком компьютерных расчетов.

Схема проектируемого УА может быть построена на основе принципа программного управления, использующего операционно-адресную структуру управляющих слов. При этом под управляющими словами будем понимать наборы сигналов микроопераций, определяющие порядок функционирования устройства в течение одного такта. Такие наборы (или списки воздействий) в задачах проектирования устройств управления получили название микрокоманд. Соответственно множество микрокоманд, реализующих заданный алгоритм преобразования данных, называют микропрограммой.

В структуре автомата с программируемой логикой отдельные элементы – микрокоманды, хранимые в ПЗУ, выделяются посредством адреса. В частном случае, адрес может быть выбран, например, равным номеру текущей микрокоманды.

Управляющее слово в общем случае должно содержать информацию о микрооперациях, выполняемых в текущем такте, а также адресную информацию о следующей микрокоманде. Таким образом, структура управляющего слова, достаточная для представления микрокоманды определяется следующими действиями.

1. Пусть задан граф алгоритма вычислений, содержащий множество сигналов Y={y₁, …, y_n}. Тогда номера микроопераций можно закодировать двоичными кодами разрядностью r=intlog₂n и разместить в операционной части управляющего слова. Для расшифровки управляющей информации в схеме УА будем использовать дешифратор DC Y.

2. Для формирования адреса следующей микрокоманды воспользуемся методом принудительной адресации. Сущность метода состоит в том, что в специальном поле текущей микрокоманды указывается адрес следующей микрокоманды. Этот адрес может извлекаться из разрядов управляющего слова безусловно, то есть независимо от значений сигналов обратной связи, или выбираться по условию, сформированному по результату вычислений.

3. Пусть УА анализирует только одно условие х_i из множества Х={х₁…х_m}. Тогда для выбора любого из m условий в схеме управляющего слова необходимо предусмотреть l-разрядное поле, управляющее дешифратором условия DC X. Таким образом, структура УС может быть представлена на рис. 2.7:

l=intlog₂m

1 Y r

1 X l

А0

А1

Операционная часть

часть

Адресная часть

Рис. 2.7

В данной структуре поле Х определяет номер условия, по которому выполняется переход, причем будем считать:

- если x_i=0, то адрес перехода извлекается из разрядов поля А₀;

- если x_i=1, то адрес исполнительный расположен в поле А₁.

Для хранения микрокоманд, как было указано выше, используется специальное ПЗУ Мк (микрокоманд), обращение к которому осуществляется путем подачи адреса на адресные входы. При этом с выходов памяти читается требуемое слово, которое далее помещается в регистр микрокоманды. Простейшая реализация УА с принудительной адресацией может быть представлена схемой, приведенной на рис. 2.8.

Рис. 2.8

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы триггер управления установлен в нулевое состояние, поэтому на входе ПЗУ формируется логическая единица:

,

где Т – состояние триггера управления.

При этом выходы ПЗУ устанавливаются в R_off (третье состояние) и в регистр микрокоманды читается код 00…0. Этот код воспринимается схемой как команда NOP.

Запуск автомата осуществляется сигналом А, который переключает триггер в единичное состояние. Это позволяет прочитать микрокоманду из ячейки 00…0 и выполнить анализ сигналов . После отработки микропрограммы распознаваниякоп осуществляется переход к микропрограмме вычислений, по окончании которой формируется сигнал у₁, сбрасывающий триггер управления в ноль. Автомат выключается.

Вход В автомата может быть использован для отключения устройства (установкой В = 0) при управлении схемой от некоторого центрального устройства управления.