2. Задание по работе

Управляющий автомат полностью задаётся графом алгоритма. Для заданного графа провести синтез управляющего автомата.

1. Закодировать управляющие сигналы Yj.

2. Закодировать осведомительные сигналы Xi.

3. Определить формат команды для двухадресной схемы и для одноадресной схемы.

4. Построить структурные схемы управляющих автоматов с ПЗУ для двухадресной и одноадресной схем.

5. Составить микропрограммы выполнения алгоритма, заданного графом для обоих случаев.

6. Составить отчёт по работе.

3. Задание по УИР

Это задание не является обязательным и выполняется с целью получения отличной оценки.

1. Для одного из управляющих автоматов, построенных в пункте 2, разработать программную модель функционирования, используя для этого графические средства.

2. Отобразить графически структурную схему автомата и визуализировать процесс выполнения микропрограммы.

3. Продемонстрировать работу модели на ПЭВМ при отчёте по лабораторной работе.

4. Варианты задания

Вариант задания представляет собой объединённый граф алгоритма, который был ранее получен при выполнении работы «Синтез управляющих автоматов с жесткой логикой».

5. Методические указания

Порядок синтеза программируемого управляющего автомата рассмотрим на примере. Пусть нам задан граф некоторого алгоритма (рис.1).

Произведём на основании его анализа некоторые расчёты.

Во-первых, определим число управляющих сигналов и количество условий, содержащихся в графе, и закодируем их.

Y0

Y1

Y2

X1

1 0

X2

X3

1 0 1 0

0

X4

Y3

Y4

Y5

1

Y6

Y7

Yk

Рис. 1. Граф некоторой микрооперации

Как видно из графа, в алгоритме имеется 9 управляющих сигналов Y и четыре осведомительных сигнала Х. Закодируем их.

X1 – 001, X2 – 010, X3 – 011,

X4 – 100, X0 – 000,

Y0 – 0000, Y1 – 0001, Y2 – 0010,

Y3 – 0011, Y4 – 0100, Y5 – 0101,

Y6 – 0110, Y7 – 0111, Yk – 1000.

Для кодирования Y нам потребовался четырёхразрядный код, а для кодирования Х - трёхразрядный код. Х0 означает отсутствие условия перехода. Yk означает завершение реализуемого алгоритма.

Рассмотрим микропрограммы работы П автомата для заданного графа алгоритма при условии принудительной адресации по двухадресной схеме.

Структурная схема такого П автомата имеет следующий вид (рис.2).

Микропрограмма хранится в ПЗУ. По команде ЧТПЗУ двоичный код, записанный по адресу, хранящемуся в регистре адреса ПЗУ РА, переписывается в регистр слова ПЗУ РС и оттуда считывается в регистр команд РК П автомата. Поле (0-3) РК предназначено для размещения кода управляющего сигнала Y. Это поле дешифрируется дешифратором ДшY, на выходе которого образуется унитарный код, всякий раз соответствующий закодированному управляющему сигналу. Дешифратор ДшХ предназначен для декодирования кода осведомительного сигнала Х. На выходе его также формируется унитарный код, соответствующий закодированным условиям перехода. На вход П автомата поступают осведомительные сигналы Х, в нашем случае Х1, Х2, Х3 и Х4. Если поле Х (4 -6) в РК содержит код Хi, то откроется один из четырёх ключей, если соответствующий осведомительный сигнал равен 1. На выходе схемы «ИЛИ» в этом случае появится логическая единица, которая откроет шину для поля А1 (7 -10), и произойдёт переписывание адреса из поля А1 в регистр адреса ПЗУ. После чего по команде ЧтПЗУ код нужной команды перепишется в РК П автомата, и дешифрация поля Y даст требуемый управляющий сигнал Yj.

Если ни одно из условий не равно логической единице, то все четыре ключа будут заперты, и на выходе схемы «ИЛИ» будет сформирован логический сигнал, равный нулю. Пройдя через инвертор, этот сигнал откроет шину поля А2 (11 - 14) РК П автомата, и адрес, записанный в поле А2, перепишется в РА ПЗУ, после чего произойдёт выборка нужной команды из ПЗУ в РК П автомата. Таким образом, в П автомате реализуется принцип принудительной адресации. Если условие Х отсутствует (код 000), то на выходе схемы «ИЛИ» всегда формируется логическая единица и считывание из ПЗУ происходит по первому адресу. Таким образом, П автомат преобразует входное слово, образованное разрядами осведомительных сигналов, в выходное слово, образованное разрядами управляющих сигналов Y в зависимости от внутреннего состояния П автомата, определяемого адресом в ПЗУ выполняемой команды. Для организации работы П автомата применяют местное управляющее устройство, которое обычно реализуется в виде управляющего автомата с жёсткой логикой.

х4 х3 х2 х1

&

1

&

&

&

Y0 Y1 . Yk х1 х2 х3 х4 х0

ДшY

ДшХ

Y

A1

A2

X

PA

ПЗУ

МУУ

ЧтПЗУ

PC

Рис.2. Структура П автомата

Теперь мы можем составить микропрограмму функционирования П- автомата, в соответствии с заданным графом. Микропрограмму запишем в виде таблицы.

Микропрограмма для П автомата с принудительной

двухадресной адресацией

Таблица 1.

Адрес ПЗУ	Код Yi	Код Хj	Адрес А1	Адрес А2
0000	0000	000 (X0)	0001	0000
0001	0001 (Y1)	000 (X0)	0010	0000
0010	0010 (Y2)	001 (X1)	0011	0111
0011	0000	010 (X2)	0100	0110
0100	0011 (Y3)	000 (X0)	0101	0000
0101	1000 (Yk)	000 (X0)	0000	0000
0110	0100 (Y4)	000 (X0)	0101	0000
0111	0000	011 (X3)	1000	1001
1000	0101 (Y5)	000 (X0)	0101	0000
1001	0000	100 (X4)	1010	1011
1010	0110 (Y6)	000 (X0)	0101	0000
1011	0111 (Y7)	000 (X0)	0101	0000

Красным показано для справки значения кодов Yi и Xj.

Составленная программа помещается в ПЗУ, начиная с ячейки с номером 0000, и выполняется в соответствии с заданным графом алгоритма.

Общее количество разрядов в формате команды П автомата в данном случае равно 15. Число команд в микропрограмме равно 12. Можно сократить объём ПЗУ, если перейти к П автомату с вычисляемым вторым адресом. Принцип принудительной адресации при этом сохраняется, но в адресной части команды будет записываться только один адрес -А.

Структурная схема такого автомата представлена на рис.3.

х1 х2 х3 х4

&

&

1

&

&

&

Y1 Y2 . . Y k x1 x2 x3 x4 x0

ДшY

ДшХ

СМ

Y X A

РА

РС

МУУ

ПЗУ

Рис. 3. П автомат с модифицируемыми адресами

В этой структуре много схожего с ранее рассмотренной структурой, но разница в том, что второй адрес формируется автоматически за счёт добавления единицы к адресу, записанному в поле А формата команды. Эта единица добавляется только в том случае, если условие, код которого записан в поле Х, ложно. В противном случае адрес А не трансформируется.

Для реализации операции сложения в структурную схему включён комбинационный сумматор СМ.

Составим программу реализации заданного алгоритма (см. рис. 1) для П автомата с модифицируемыми адресами. Микропрограмму представим в виде таблицы 2.

В скобках показаны для справки коды управляющих сигналов Yi и условия ветвления процесса Xj. Число команд в микропрограмме осталось прежним, количество разрядов в формате команды сократилось с 15 до 11.

Таким образом, объём ПЗУ, исчисляемый в битах, сократился в этом примере на 12*4 = 48.

Микропрограмма для случая модифицируемых адресов

Таблица 2.

Адрес ПЗУ	Код Yi	Код Хj	Адрес А
0000	0000	000 (X0)	0001
0001	0001 (Y1)	000 (X0)	0011
0010	0010 (Y2)	001 (X1)	0011
0011	0000	010 (X2)	0101
0100	0000	011 (X3)	1000
0101	0011 (Y3)	000 (X0)	0111
0110	0100 (Y4)	000 (X0)	0111
0111	1000 (Yk)	000 (X0)	0000
1000	0101 (Y5)	000 (X0)	0111
1001	0000	100 (X4)	1010
1010	0110 (Y6)	000 (X0)	0111
1011	0111 (Y7)	000 (X0)	0111