9. Синтез мікропрограмного автомата за схемоюалгоритму

9.1. Послідовність дій, необхідних для побудови пристрою керування для автомата

Найчастіше пристрої складаються з двох частин: виконавчої та керуючої. Виконавча частина пристрою, зазвичай, складна та незмінна. Керуюча частина значно простіша, може змінюватись, і вся гнучкість пристрою полягає саме в гнучкості керуючої частини. В обчислювальній машині одна із складних і незмінних частин – арифметичний пристрій. Однак на ньому можна виконати як додавання, так і обчислення синуса кута, або рішення диференціального рівняння, або щось інше. Що саме буде отримано, залежить від керуючої частини.

Взаємодія керуючої і виконавчої частин показана на рис. 9.1.

Рисунок 9.1 – Взаємодія керуючого і виконавчого пристроїв

Керуючий пристрій подає на виконавчий пристрій команди. Виконавчий пристрій виконує команди і, крім того, має набір булевих функцій, які виробляють «умови», що свідчать про ті або інші події у виконавчому пристрої. Основний потік вхідних даних надходить тільки у виконавчий пристрій. У пристрій керування надходить програма. Результати також надходять на вихід, минаючи пристрій керування. Програма завантажується в керуючий пристрій до початку обробки вхідних даних. Керуючий пристрій із завантаженою програмою є операційним автоматом, який настроєний на рішення завдання по обробці даних.

Зміст вироблення умов наступний: програма повинна працювати з різними вхідними даними (тобто досить запустити її один раз). Хід обчислень може змінюватись залежно від вхідних даних. Розпізнавання ситуації, критичної для виконання програми, може бути складним завданням, тому воно виконується у виконавчому пристрої. Повідомлення про те, виникла критична ситуація чи ні, має тільки два значення: «так» або «ні». Повідомлення надходить у керуючий пристрій з виходу «Умови» виконавчого пристрою.

Таким чином, оскільки виконавчий пристрій не міняється, то і функції, які виробляють умови, не міняються. У роботі керуючого пристрою можуть використатися тільки такі умови, вироблення яких передбачене у виконавчому пристрої. Розглянемо випадок, коли потрібно виконувати ту саму програму для різних вхідних даних. Що являє собою керуючий пристрій? Як його можна реалізувати? Виявляється відповідь можна дати мовою кінцевих автоматів. Пристрій керування – це кінцевий автомат. Вхідні сигнали для нього – умови і синхроімпульси, а вихідні – команди.

Створення керуючого автомата починається з схеми алгоритму рішення завдання (рис. 9.2) Вона складається з таких блоків: «Початок», «Кінець», «Операційна вершина», «Умовна вершина».

Початок позначає початок роботи алгоритму. Кінець – завершення його роботи. Операційна вершина позначає роботу, яка виконується виконавчим пристроєм у фрагменті алгоритму. Оператор має виконуватися однаково для всіх допустимих вхідних даних, тобто не містити розгалужень.

Умовна вершина містить булеву змінну, значення якої забезпечує вибір одного із двох напрямків подальшої роботи алгоритму.

Стрілки на лініях відображають порядок, в якому мають виконуватись блоки в схемі.

Вміст операційних блоків може повторюватись так само, як і умови в умовних блоках.

При створенні автомата потрібно заздалегідь передбачити сукупність букв вхідного алфавіту для умовних блоків. Він має складатись із вхідних букв X_і, де х₀ – синхроімпульс. Остаточно вхідний алфавіт буде сформований у результаті розробки таблиці переходів.

Вихідний алфавіт – це команди, які формує керуючий автомат. Кожна команда запускає виконання деякого операційного блоку або викликає перехід на умовний блок (без виконання операційного блоку). «Порожню команду», що не запускає жодного блоку, позначимо як y₀ (можна використовувати позначення в вигляді прочерку – «–»). Інші команди позначимо буквою Y_j з тим же номером, що і операційний блок, який ця команда запускає. В результаті отримаємо множину виходів.

Кількість внутрішніх станів S_k залежить від того, якого типу автомат створюється –Мілі чи Мура.

Побудова мікропрограмного автомата за схемою алгоритму (його іноді називають автоматом Уілкса-Стрінджера) зводиться до наступних дій:

1) кодування;

2) побудова основної таблиці та граф-схеми переходів;

3) побудова системи рівнянь для функцій переходів і системи рівнянь для функцій виходів (останнє тільки для автоматів Мілі);

4) кодування внутрішніх станів автомата;

5) побудова функціональної схеми автомата.

Спочатку розглянемо послідовність дій, необхідних для побудови пристрою керування для автомата Мілі.