Шпоры / шпоры / Шпорки8

43. Универсальные логические модули - программируемые логические матрицы и коммутаторы, мультиплексоры и демультиплексоры, как дискретные устройства

УМЛ называют такой логический элемент, который в зависимости от его настройки может реализовать любую необходимую логическую функцию входных сигналов, позволяют в зависимости от настройки реализовать одну из нескольких возможных логических функций. Настройку УЛМ и можно осуществлять одним из двух возможных способов:

-подачей соответствующих комбинаций управляющих сигналов на специальные настроечные входы (в качестве последних иногда используют обычные входы);

-программированием внутренних соединений модуля, что может выполнятся различными способами (например, прожиганием ненужных внутренних перемычек с помощью внешних электрических воздействий, осуществляемых в процессе записи программы).

ПЛМ состоит из двух матриц: матрицы И и матрицы ИЛИ. Матрица И содержит прямые и инверсные шины входных переменных х₁, х₂, х₃, ..., х₁₄ и вертикальные шины, на каждой из которых может быть осуществлена логическая операция И над входными переменными. Матрица ИЛИ позволяет объединять путем использования логической операции ИЛИ логические произведения входных переменных и подавать их на выходы у₁, у₂, ... , у₈. Сигналы на выходах определяются как логические суммы логических произведений входных сигналов:

Каждая вертикальная и каждая горизонтальная шины в матрицах связаны между собой специальными перемычками - диодами. Настройка ПЛМ заключается в том, что в матрицах И и ИЛИ разрушают все перемычки-диоды (“прожигают”), кроме необходимых по заданной программе.

Мультиплексор представляет собой программируемый коммутатор каналов, имеющий один выход и несколько входов, а также входы адресования, задающий номер входа, подключаемый к выходу мультиплексора. Мультиплексор - это фактически однонаправленный переключатель каналов от нескольких входов к одному выходу. Однако он позволяет также реализовать любую логическую функцию. Мультиплексор на 4 канала позволяет реализовать любую логическую функцию двух переменных (4=2²), мультиплексор на 8 каналов - трех переменных (8=2³), мультиплексор на 16 каналов - четырех переменных (16=2⁴). На входы мультиплексора, соответствующие единичным строкам таблицы соответствия (рабочим состояниям, членам СДНФ) данной синтезированной функции, необходимо подать сигнал”1”, а на входы, соответствующие нулевым строкам таблицы (запрещенным состояниям), - сигнал “0”. При опросе мультиплексора с помощью адресных входов на выходе сигнал “1” появится лишь на рабочих состояниях (наборах) синтезируемой функции.

Демультиплексор представляет собой программный коммутатор (однонаправленный переключатель) каналов, имеющий один вход и несколько выходов, а также входы адресования, задающие номера выхода, подключаемый по входу демультиплексора. Работа демультиплексора аналогична работе мультиплексора, только в отличие от мультиплексора, который показывает, при каких состояниях входных переменных функция равна 1 (0), демультиплексор задает значение функции, равное 1 (0) при определенных состояниях входных переменных.

44. Задачи и последовательность синтеза дискретных устройств с памятью

Основной задачей синтеза является создание дискретного устройства, удовлетворяющего заданным условиям работы и дополнительным требованиям по минимальности числа элементов, типам применяемых логических элементов, памяти, надежности, технологичности, удобству контроля и т.д. Синтез ДУ с памятью, также как и синтез ДУ без памяти, подразделяется на три этапа: абстрактный синтез, структурный синтез, физический синтез. Синтез дискретного устройства (автомата) с памятью должен начинаться с так называемого блочного синтеза. Он заключается в том, что формулируется общий алгоритм функционирования автомата и на основе анализа этого алгоритма автомат подразделяется на отдельные дискретные устройства (блоки). Одновременно устанавливаются взаимосвязи между блоками, разрабатываются условия синхронизации их работы. Следовательно, задача синтеза автомата сводится к синтезу его из отдельных блоков и значительно упрощается.

Целью абстрактного синтеза ДУ с памятью является переход от словесной формулировки условий работы проектируемого ДУ к формальной записи их в виде таблиц (табличной форме записи условий работы промежуточных и исполнительных для контактных ДУ, табличной форме записи условий функционирования элементов памяти и появления сигналов на выходе - для бесконтактных ДУ) и символической формы.

Далее следует этап структурного синтеза. Полученные условия функционирования блоков управления памятью и формирования выходных сигналов минимизируются (одним из ранее рассмотренных способов) и преобразуются к виду, наиболее удобному для реализации на заданной (выбранной) системе элементов.

Следующий этап – это этап физического синтеза (технического проектирования), который и начинается с построения функциональной схемы ДУ.

Итак, абстрактный синтез ДУ с памятью методом таблиц переходов-выходов включает в себя следующие этапы:

1.Построение первичной таблицы переходов-выходов. Этот этап является наиболее сложным. Он заключается в переходе от словесной формулировки условий работы проектируемого ДУ к табличной форме записи.

2.Минимизация первичной таблицы – построение минимизированной таблицы переходов.

3.Построение реализуемой (свободной от состязаний элементов памяти) таблицы переходов. Данный этап называют этапом кодирования строк таблицы переходов. Он, в свою очередь, включает в себя:

-определение всех переходов;

-построение диаграмм переходов;

-кодирование строк;

-построение реализуемой таблицы переходов и расстановку переходов.

4.Построение таблицы переходов-выходов и таблицы возбуждений.

5.Получение условий функционирования блоков управления памятью и формирования выходных сигналов (в символической форме или СДНФ).

45. Построение и минимизация первичной таблицы переходов при синтезе дискретных устройств с памятью

Построение: Столбцов – по числу входов (комбинаций входных сигналов) + число выходов.

При построении первичной таблицы переходов-выходов надо руководствоваться следующими правилами:

-Каждой строке таблицы соответствует одно устойчивое состояние (устойчивый такт ()).

-При изменении состояний входных сигналов (как правило одновременно изменяется только один сигнал) идет переход вдоль строки к столбцу, отвечающему новому состоянию элементов. В этой строке проставляется номер  неустойчивого такта, соответствующий устойчивому такту, к которому должен идти переход. Далее идет вдоль столбца к новой строке с номером , к устойчивому такту ().

-После проставления переходов, отвечающих правильной последовательности изменения состояния входных сигналов, необходимо отметить все переходы между строками, соответствующие неправильным последовательностям изменения входных сигналов.

-В каждой строке первичной таблицы переходов-выходов в столбцах для выходов проставляются значения выходных сигналов, соответствующих устойчивому такту, расположенному в этой строке.

-В потенциальных автоматах переход из неустойчивого состояния в устойчивое всегда осуществляется при постоянном входном наборе за счет изменения состояний элементов памяти.

Уменьшение числа строк первичной таблицы переходов путем объединения части ее строк называется минимизацией таблицы переходов. С целью объединения максимального числа строк первичной таблицы строится диаграмма объединений по следующим правилам:

-с каждой строкой первичной таблицы переходов сопоставляется точка на плоскости с тем же номером;

-производится попарное сравнивание всех строк таблицы, начиная с первой, с целью определения их совместимости. Точки, соответствующие объединяющимся строкам, соединяем линиями;

-выбираются группы точек, которые соответствуют максимальному числу объединяемых строк. Несколько строк (более двух) могут быть объединены в одну группу, если каждая из них соединена линиями со всеми остальными.

Объединенные строки обозначаются буквами a, b, c …

46. Построение реализуемой таблицы переходов при синтезе дискретных устройств с памятью

Этап построения реализуемой таблицы переходов, в свою очередь, подразделяется на следующие 4 подэтапа.

1.Определение всех переходов:

Переходы могут быть обязательные и возможные. Условием существования возможных переходов является наличие в одном столбце таблицы нескольких неустойчивых тактов одного и того же порядкового номера (или прочерка). Для каждой строки таблицы по каждому столбцу (с неустойчивым тактом) выписываются все переходы: обязательные и возможные.

2.Построение диаграммы переходов:

Каждая точка диаграммы соответствует определенной строке таблицы переходов, а линия, соединяющая 2 точки, - переходу между строками. Диаграмма переходов должна удовлетворять для каждого столбца всем обязательным переходам и хотя бы одному из возможных. Вначале она строится только для обязательных переходов. Точки, соответствующие строкам, желательно первоначально выбирать на одной прямой. Каждому переходу должна соответствовать линия. Далее необходимо проверить, удовлетворяет ли построенная диаграмма хотя бы одному из возможных переходов для каждого столбца. Если для какой-либо пары строк ни один из возможных переходов не удовлетворен, то необходимо ввести один из них в диаграмму, т.е. провести дополнительную линию.

3.Кодирование строк:

Так как переходы от строк к строке для исключения состязаний должны осуществляться при изменении состояния только одного элемента памяти, то комбинации состояний элементов памяти тех строк, между которыми есть переходы, должны быть соседними. Так, для примера 2 комбинация состояний ЭП для строки «в» должна быть «соседней» (отличатся состоянием только одного элемента) для строк а и с, а строки с – для строки а.

4.Построение реализуемой таблицы переходов:

Заполненная карта Карно позволяет построить реализуемую таблицу переходов. Она имеет такой же вид, как и минимизированная таблица, но в ней дополнительно указываются элементы памяти, их состояния (в соответствии с кодом строк) и все переходы.

47. Построение таблицы переходов-выходов при синтезе дискретных устройств с памятью

Таблица переходов-выходов имеет такой же вид, как и реализуемая таблица переходов, но вместо номеров тактов в ее клетках проставляются состояния элементов памяти в следующий момент времени у (t+1) (в числителе) и значения выходных сигналов z (t) (в знаменателе). в таблице переходов-выходов должны быть указаны база и ВС клеток. Состояния элементов памяти у (t+1) в устойчивых тактах соответствуют состояниям ЭП той строки у (t), в которой находится устойчивый такт. Например, если строка имеет код 011, то значения у (t+1) состояний элементов памяти для всех устойчивых тактов данной строки равны 011. Физически это означает, что в устойчивых тактах состояния ЭП синтезируемого ДУ в моменты времени t и t+1 должны совпадать, лишь при этом условии не последует изменения внутреннего состояния ДУ. Вместо номера неустойчивого такта следует проставить значения состояний ЭП у (t+1), соответствующие комбинациям их состояний в той строке, к которой осуществляется переход от рассматриваемого неустойчивого такта. Значения выходных сигналов (проводимостей цепей исполнительных элементов) берут из первичной таблицы переходов. При этом значения выходных сигналов для устойчивых тактов соответствуют их значениям, указанным в той строке первичной таблицы переходов, в которой расположен данный устойчивый такт. Значения выходных сигналов в неустойчивых тактах должны соответствовать этим значениям либо в предыдущем, либо в последующем устойчивых тактах. При заполнении значений выходных сигналов в клетках таблицы с неустойчивыми тактами допускается определенная неоднозначность. Рекомендуется исходить из следующих соображений:

1.Значения выходных сигналов ДУ в неустойчивых тактах безразличны.

2. Состояния выходных сигналов ДУ должны изменяться с максимальной быстротой при изменении входных сигналов.

3. Состояния выходных сигналов ДУ должны изменяться как можно позже при изменении входных сигналов.

Таким образом, значения выходных сигналов (проводимостей исполнительных элементов) в таблице переходов-выходов проставляются на основании первичной и реализуемой таблиц переходов с учетом требований по быстродействию.

48. Построение таблицы возбуждения при синтезе дискретных устройств с памятью и получение условий работы синтезируемого автомата

Порядок построения таблицы возбуждений следующий:

1.Выбирается тип элементов памяти.

2.Строится координатная сетка таблицы возбуждений соответствующая таблице переходов-выходов синтезируемого ДУ.

3.По таблице переходов-выходов (для элементов памяти) выбирается в одной строке пара состояний ДУ S_i (t) и S_i (t+1).

4.Пара состояний ДУ <S_i (t), S_i (t+1)> разбивается на пары состояний элементов памяти

< у₁ (t), у₁ (t+1)>, < у₂ (t), у₂ (t+1)>, …, < у_k (t), у_k (t+1)> - по числу элементов памяти.

5.По таблице переходов или таблице входов используемого элемента памяти определяются для каждой пары < у_i (t), у_i (t+1)> входные сигналы u_i (t) переводящие i-й элемент памяти из состояния у_i (t) в состояние у_i (t+1).

6.Полученные значения входных сигналов u_i (t) записываются в соответствующие клетки таблицы возбуждений, т.е. в клетки, имеющие те же координаты, что и клетки таблицы переходов-выходов, для которых определялись значения сигналов u_i (t).

7.Пп. 3-6 выполняются для всех заполненных клеток таблицы переходов-входов.

Таблицы переходов-выходов и возбуждений легко позволяют получить условия работы синтезируемого ДУ, т.е. условия функционирования блока формирования выходных сигналов (условия появления выходных сигналов z₁ , z_{2 ,}…, z_m ) и условия функционирования блока управления памятью (условия появления сигналов управления памятью u₁, u₂,…, u_l).

Условия функционирования выходов ДУ определяются из таблицы переходов-выходов (только для выходов). Те такты (клетки) таблицы переходов-выходов, в которых значение данного выхода z_i. равно 1, определяют при выбранной базе его рабочие состояния, а такты, в которых значение выхода z_i. равно 0, определяют запрещенные состояния.