книги / Проектирование дискретных устройств автоматики.

веса указаны в скобках). Подсчитаем номера конст-итуентов и укажем их в соответствующих тактах таблицы включений. Теперь легко выписать в цифро­ вом виде булевы функции, описывающие сигнал на выходе z и сигнал вклю­ чения ЭП (реле) Y : Fz= b (2,6); F у= 3, 7, 5 (2, 6). В скобках указаны номера 2 и 6 (в таблице включений не встречаются, поэтому их можно отнести к ус­ ловным).

Осуществим минимизацию этих функций, для чего можно использовать лю­

в функции FZt следовательно, на две одинаковые конъюнкции потребуется толь­ ко одна вертикальная шина iWOC.

Пример 6.7. Задана та же таблица включений, что и в примере 6.6. Тре­ буется синтезировать автомат с использованием в блоке памяти /^-триг­ гера.

Рис. 6.23

6.5. Реализация микропрограммного автомата на МОС

Микропрограммный автомат, как и любой другой, может быть построен в матричной однородной среде. Однако учет особеннос­ тей алгоритма его функционирования и структуры [2, 3] позво­ ляет упростить процесс построения MA и разработать каноничес­ кий метод синтеза его структуры по логической схеме ал­ горитма.

Представим структуру MA в виде k функциональных схем ФС1,

..., ФСг-, .... ФСл, каждая из которых реализует одну микрокоман­ ду, где k — число микрокоманд. Отведем каждой функциональной •схеме lj вертикальных шин в МОС, <где I, — число ветвей в /-й микрокоманде.

Каждой логической переменной ра , а=1, 2, ..., п, где п — чис­ ло логических условий в ЛСА, отведем свою горизонтальную ши­

две горизонтальные шины: (я+F-l-y) и {n+F-f-S+y). На одной

ловно разбить на два. Один из них предусматривается для реа­ лизации ФС,-, /= 1, 2, ..., k, другой — для передачи значения кода микрокоманды, выполняющейся в (Н-1)-м такте, от горизонталь­ ных шин (S + n + F + y ) к шинам (n + F-t-y), где у=1, 2, S.

Пример 6.11. Пусть алгоритм функционирования микропрограммного авто­ мата задай в виде J1GA

А 0 Pi î 1 р г î 2i41,ps-t2 i 1 P* î2 A i t 2 A» A H ■

При этом получены следующие микрокоманды:

^\М г\

и служат для перезаписи кода следующей микрокоманды. На горизонтальные

Г л а в а 7.

СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

7.1.Принципы построения микропроцессоров

и микропроцессорных систем

Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются наи­ более массовыми средствами вычислительной техники. Вместе с тем микропроцессоры из-за дешевизны и малых габаритных раз­ меров их стали широко использовать в различного рода системах управления, в том числе в управляющих устройствах узлов ком­ мутации.

Общепринятого строгого определения понятия «микропроцес­ сор» пока нет, что объясняется быстрым развитием интегральной технологии и схемотехники. Обычно под микропроцессором (МП) понимают функционально законченное устройство, которое выпол­ няет функции программной обработки информации, аналогичные функц'иям процессора обычной ЭВМ, и реализуется на одной БИС или в виде модуля, содержащего несколько БИС [21, 23, 24].

На основе набора БИС, включающего БИС МП и ограничен­ ное число других типов БИС, строятся более полные системы про­ граммной обработки информации — микропроцессорные системы (МПС) и микро-ЭВМ.

Микропроцессорной системой часто называют любую вычисли­ тельную или управляющую систему, в которой в качестве процес­ сорного блока используется микропроцессор [21]. В общем случае МПС может содержать несколько микропроцессоров.

В дальнейшем под микропроцессорной системой будем пони­ мать систему, содержащую один микропроцессор. Системы, име­ ющие несколько МП, будем называть многомикропроцессорными (ММПС). В настоящее время нет четкого разграничения между понятиями МПС и микро-ЭВМ. Однако под микро-ЭВМ обычно понимают конструктивно завершенную МПС, оформленную в ви­ де автономного вычислительного устройства с собственным источ­ ником питания, интерфейсом ввода — вывода и комплексом про­ граммного обеспечения [21, 23, 24].

В состав МПС, как правило, входят следующие основные функциональные блоки: микропроцессор МП, постоянное или полупостоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ППЗУ), опера­ тивное ЗУ (ОЗУ), генератор тактовых сигналов (ТГ), блок при­ оритетного прерывания (БПП), схемы внешнего интерфейса, обес­ печивающие сопряжение МГ1С с периферийными устройствами (ин­ терфейс ввода — вывода ИВВ) и схемы внутреннего интерфейса (ВИ), обеспечивающие передачу данных, адресов и команд меж­ ду функциональными блоками МПС.

При построении МПС обычно применяется 'магистральный прин­ цип соединения их функциональных блоков. Согласно этому прпн-

ципу блоки, реализованные в виде функционально законченных модулей, соединяются между собой одной или несколькими шина­ ми (рис. 7.1). В последнем случае это, как правило, шины: дан­ ных (ШД), адресов (ША) и управляющих сигналов (ШУ).

Рис. 7.1

В состав МП кроме основного блока, выполняющего функции соб­ ственно процессора и называемого центральным процессором (ЦП), часто входят устройства синхронизации и управления систе­ мой, а также некоторые вспомогательные схемы. Как ЦП, так и каждое из устройств, входящих в состав МП, выполняются в виде отдельных БИС или одной БИС, образуя в последнем случае БИС микропроцессора.

Центральный процессор (рис. 7.2) содержит следующие основ­ ные функциональные блоки: арифметическо-логическое устройст­ во (АЛУ), устройство управления (УУ), схему распределения так­ товых сигналов (устройство синхронизации УС), блок внутренних регистров, который состоит из специальных регистров и регистров общего назначения (РОН). К специальным регистрам относятся: регистр команды (РК), аккумулятор (А), счетчик команд (про­ граммный счетчик ПС), индексные регистры (ИР), регистр состо­ яния (регистр признаков результата РП), регистровое стэковое ЗУ (стэк) или указатель стэка (УкСт), буферные регистры дан­ ных и адресов (БРД и БРА).

Построение структуры центрального процессора также осно­ вано на .магистральном принципе соединения его функциональных блоков. Этот принцип, являющийся характерной особенностью ар­ хитектуры как ЦП, так и МПС в целом, реализуется в ЦП путем использования общей внутренней шины данных (см. рис. 7.2),раз­ рядность которой, как правило, совпадает с разрядностью слов, обрабатываемых в АЛУ.

Функциональные блоки микронроцеееорной системы могут быть сгруппированы и реализованы с помощью БИС различными спо­ собами, что влияет на основные свойства этой системы. Набор со­ вместимых БИС, требуемых для построения МПС и разрабатывае­ мых специально для этой цели, составляет комплект или семейство микропроцессорных БИС (микропроцессорный комплект).

Рис. 7.2

Первый микропроцессор появился в 1971 г. (Gntel4040). В нас­ тоящее время известно уже около 100 различных типов МП, точнее микропроцессорных комплексов (наборов) МПК (МПН) БИС [21], так как фирмы-изготовители выпускают обычно наборы из нескольких БИС: МП, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ИВВ (порты [24]) и др. Такое многообразие МП определяется различным сочетани­ ем их характеристик.

Общими для всех типов МП являются следующие их основные характеристики и свойства [24]:

малая разрядность слова: 2, 4, 8, 12 или 16 бит;

аппаратно подкрепленная организация связи подпрограмм (с помощью стека);

программно-управляемый ввод —- вывод;

низкая стоимость микре-ЭВМ (вбяган® 1—5% •вдимем'и миниЭВМ).