2.3 Управляющие автоматы с жесткой логикой.

Функция управляющего автоматаопределяется набором микропрограмм M, описывающих процесс выполнения операций F в терминах микроопераций Y и логических условий X. С позиции теории автоматов значения векторов (F, X) и (Y) определяют входные и выходные сигналы УА, множество состояний которого достаточно для воспроизведения микропрограмм M.

Функция управляющего автомата задается операторной схемой алгоритма микропрограммы. Операторная схема алгоритма– схема передачи управления в микропрограмме, заданная безотносительно к содержанию микроопераций и логических условий. ОСА получается из СГСА путем замены микроопераций и логических условий их символами из списка микроопераций и списка логических условий. Граф-схема алгоритма – графическое представление ОСА.

Заданная функция УА может быть реализована различным образом. Для построения канонической структуры УА необходимо определить закон его функционирования.

Определение закона функционирования управляющего автомата Мура

Пусть микропрограмма задана в виде СГСА, и для ее интерпретации используется автомат Мура. Любую микропрограмму можно интерпретировать как автомат Мура со следующим законом функционирования:

где Q={q₁, q₂,… q_N}—множество состояний автомата, t=0,1,… и Q(0)=q₀– начальное состояние автомата, X – множество ЛУ, Y – множество микроопераций.

Необходимый набор состояний автомата определяется путем отметки ГСА в следующем порядке:

1. начальная и конечная вершины помечаются символом начального состояния q₀;

2. каждая операторная вершина отмечается единственным символом q₁, q₂, …;

3. две различные операторные вершины не могут быть отмечены одинаковыми символами.

Теперь можно определить множество переходов автомата. Каждому переходу из состояния q_iв состояние q_jсоответствует простой путь в ГСА вида. Путь называется простым, если не проходит ни через какую метку состояния кроме q_iи q_j– начальную и конечную.– символ логического условия (предикатный символ) – соответствует условным вершинам, через которые проходит путь.

Условием выхода из начального состояния является наличие входного сигнала B.

В соответствии с множеством переходов автомата строится граф переходовитаблица переходов, определяющие закон функционирования автомата. Правило проверки корректности построения множества переходов: дизъюнкция условий выхода из любого состояния равна 1, и эти условия несовместны (их попарные конъюнкции равны 0).

Структурный синтез управляющего автомата Мура

Полученный из графа микропрограммы закон функционирования автомата реализуется схемой, процесс синтеза которой называется структурным синтезом.

Пусть задан закон функционирования автомата:

Канонический метод структурного синтеза сводит задачу структурного синтеза автомата к задаче синтеза комбинационной схемы, реализующей каноническую систему логических уравнений:

Процесс структурного синтеза состоит при этом из: выбора типа логических и запоминающих элементов; кодирования состояний автомата; синтеза комбинационной схемы, формирующей сигналы возбуждения и выходные сигналы.

Процесс кодирования состоянийавтомата заключается в установлении соответствия между состояниями автомата q_iи структурным состоянием запоминающей части автомата – упорядоченной последовательностью (a₁, a₂,…, a_p) состояний запоминающих элементов. Число возможных способов кодирования очень велико. Проблема рационального кодирования состояний автомата является одной из трудных проблем структурной теории автоматов. Приестественном способе кодированиясостояния автомата кодируются двоичным кодом номера состояния. После того, как состояния автомата закодированы, строитсяструктурная таблица переходовавтомата, которая дополняет таблицу переходов кодами состояний и сигналами возбуждения, формируемыми на переходе (q_i, q_j).

На основе структурной таблицы переходов строится каноническая система функций входов и возбуждения автомата.

Для уменьшения аппаратных затрат функции канонической системы минимизируются, и на их основе строится комбинационная часть УА.