Шпоры / шпоры / Шпорки10

55. Получение математической модели микропрограммного автомата в виде ГСА

Порядок построения ГСА состоит в следующем.

1. Составляется полный перечень команд (микрокоманд и логических условий). Для примера 1 это будут команды "Пуск", Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, "Конец", X₁, X₂, X₃, X₄. Заметим, что в реальных примерах эти команды имеют реальный смысл.

2. Вводится содержательное обозначение микрокоманд и ЛУ. Для примера 1 это будут: "Пуск", ФКУ=Z₁, ФКУ=Z₂, ФКУ=Z₃, ФКУ=Z₄, "Конец", Sign X₁, Sign X₂, Sign X₃, Sign X₄.

3. Определяется и вычерчивается начальная вершина "Пуск".

4. В соответствии со словесной формулировкой строится содержательная ГСА до конечной вершины. При этом необходимо с особым вниманием относиться к случаям, когда якобы следует осуществить возврат к уже имеющимся вершинам, что может привести к противоречию в ГСА, а также к случаям, когда после некоторого значения ЛУ нет дальнейшего действия, а необходимо ждать противоположного значения ЛУ, т.е. возникает ждущая вершина. По словесному описанию условий работы МПУ построим содержательную граф-схему алгоритма.

5. После построения содержательной ГСА ее вершины кодируются, т.е. выбирается система операторов.

56. Получение математической модели микропрограммного автомата в виде ЛСА

Порядок получения модели МПУ в виде логической схемы алгоритма следующий:

1. На основании анализа словесного описания условий функционирования МПУ определяется список формируемых МПУ команд (микрокоманд) и проверяемых логических условий.

2. Производится кодирование микрокоманд и ЛУ: вводятся условные обозначения формируемых микрокоманд (А₀, А₁, А₂,...А_к) и проверяемых ЛУ (Х₁, Х₂, ..., Х_n), т.е. выбирается система операторов.

3. Выписывается начальный оператор, обозначающий начало алгоритма.

4. По словесной формулировке последовательно строится ЛСА - член за членом до А_к включительно. Эта процедура производится вначале при равенстве всех логических условий единице (ЛУ=1), а затем при равенстве ЛУ нулю (ЛУ=0), либо проставляются в необходимых местах концы стрелок, либо вводятся новые члены ЛСА. При этом каждое ЛУ снабжается началом стрелки. Состояния автомата отождествляются с символами операторов и логических условий.

Функции переходов и выходов определяются порядком расположения операторов, логических условий и нумерованных стрелок. Над моделями автоматов в виде ЛСА можно проводить эквивалентные преобразования

57. Получение математической модели микропрограммного автомата в виде МСА

Порядок получения модели МПУ в виде матричной схемы алгоритма (МСА) следующий:

1. Определяется полные список микрокоманд - операторов и логических условий.

2. Производится кодирование микрокоманд и ЛУ условными обозначениями, т.е. выбирается система операторов.

3. Строится квадратная матрица, строки которой обозначаются операторами А₀, А₁,...,А_i,...,А_к-1, а столбцы - операторами А₁,...,А_i,...,А_к.

4. На основании словесной формулировки определяются совокупности значений ЛУ, при которых после А₀ выполняется А₁ и определяется функция переходов от А₀ к А₁ - а₀₁, которая и проставляется в матрицу. Аналогичная процедура выполняется для всех строк и столбцов матрицы.

5. Проводится проверка правильности построения матрицы по соотношениям

58. Последовательность синтеза микропрограммного автомата упрощенным косвенным интерпретационным методом по ГСА.

Сущность решения задачи синтеза МПУ упрощенным косвенным интерпретационным методом по ГСА заключается в построении функциональной схемы микропрограммного устройства по граф схеме алгоритма, принятой в качестве математической модели МПУ. Метод, позволяющий по ГСА записывать логические функции, по которым строится комбинационная часть МПУ. Последовательность решения задачи синтеза МПУ данным методом приведена на рис.

На первом этапе проводится блочный синтез сложного автомата, в процессе которого из его структуры выделяется блок управления, реализуемый впоследствии в виде МПУ.

На втором этапе производится формализация условий функционирования и получения первичной ГСА МПУ.

На третьем этапе оптимизируют ГСА, что включает в себя эквивалентные преобразования ГСА, направленные на минимизацию количества операторных и условных вершин, так как первичная ГСА почти всегда избыточна. В результате получают новую ГСА, для реализации которой потребуется меньшее количество оборудования. Далее приступают к построению отмеченной ГСА.

На четвертом этапе производится кодирование состояний МПУ, которое заключается в сопоставлении с каждым состоянием автомата комбинации состояний элементарных автоматов памяти. Длина кодов состояний совпадает с длиной регистра микрокоманд и зависит от необходимого числа состояний МПУ. По графу переходов с учетом выбранного варианта кодирования строится обобщенная таблица возбуждений и выходов МПУ, которая совмещает свойства таблиц переходов-выходов и возбуждений. По обобщенной таблице возбуждений и выходов МПУ получают и минимизируют логические функции возбуждения элементов памяти и выходов. По полученным логическим функциям строится функциональная схема МПУ.

На пятом этапе синтеза производится техническое проектирование МПУ.

59. Построение отмеченной ГСА при синтезе микропрограммного автомата

Граф-схема алгоритма содержит всю необходимую информацию для определения количества состояний памяти МПУ и их размещение. Решение поставленной задачи осуществляется путем построения так называемой отмеченной граф-схемы алгоритма. Отмеченной называется такая ГСА, на которой условным знаком (крестиком, звездочкой) показаны состояния синтезируемого МПУ, при достижении которых часть алгоритма, описываемая цепочкой операторных и условных вершин, находящихся между начальной вершиной и отметкой некоторого состояния, будет реализовано. Рассмотрим методику построения отмеченной ГСА МПУ на примере автомата Мили. Отличительной особенностью МПУ Мили является то, что выходные сигналы формируются в моменты перехода из состояния в состояние. При этом во время одного перехода может быть сформирована только одна микрокоманда (т.е. одна или несколько микроопераций, выполняемых одновременно). Отсюда следует, что при размещении отметок состояний на граф схеме алгоритма максимальное расстояние между двумя соседними отметками должно быть таким, чтобы в любой соединяющей их последовательной цепочке вершин содержалось не более одной операторной вершины. Общим требованием при синтезе ДУ является обеспечение их возврата в исходное состояние после выполнения алгоритма. Из этого следует, что при проведении отметок ГСА необходимо одной общей отметкой обозначать как начало, так и конец ГСА.

Отметка состояний МПУ Мили производится по следующим правилам:

1.Входы вершин, непосредственно следующих за операторными, отмечаются символами

Y₀, Y₁, Y₂, …, Y_к.

Отметим, что каждое состояние Y_j определяется состоянием элементов памяти автомата

Y_j = Y_j (y₁, y₂, …, y_i, …, y_n).

2.Символом Y₀ отмечается вход вершины, следующей за начальной, а также вход конечной вершины.

3.Входы всех вершин, непосредственно следующих за операторными, отмечаются символами

Y₁, Y₂, …, Y_к.

При этом для отметки входа вершины используется только одни символ, независимо от того, сколько выходов условных или операторных вершин к нему сходятся.

4.Для отметки входов различных вершин используются различные символы, т.е. на отмеченной ГСА повторяется только символ Y₀.

5.Если к отмечаемому входу подходят выходы несколько условных и операторных вершин, то отметкаY_i ставится ниже стрелок, подходящих от операторных вершин, и выше стрелок, подходящих от условных вершин. Таким образом, стрелки, подходящие от условных вершин, минуют данную отметку Y_i (подходят после отметки).

Такое размещение отметок по ГСА позволяет исключить переходы между отметками ГСА, которые не содержат ни одной операторной вершины (не имеют выходов), и следовательно, увеличить быстродействие проектируемого МПУ.

60. Построение графа переходов и кодирование состояний памяти при синтезе микропрограммного автомата

На основании отмеченной ГСА строится граф переходов МПУ. Вершинами графа переходов являются отметки ГСА (отмеченные вершины ГСА). Рассматривая отмеченную граф-схему, определяем все пути переходов между отметками при различных значениях логических условий (входов). Полученные переходы отмечаем стрелками на графе переходов. Над стрелками обозначаем значения логических условий *, при которых происходят эти переходы, а также микрокоманды (выходы) z_j, которые возбуждаются при этих переходах.

Далее необходимо провести кодирование состояний памяти. Прежде всего необходимо выбрать количество элементов памяти. Так как каждая вершина графа перехода (отметка ГСА) представляет собой одно из состояний элементов памяти МПУ, то число элементов памяти определяется из соотношения

2^n-1 < N  2ⁿ,

где N – количество вершин графа переходов (отметок ГСА); n – количество элементов памяти.

Далее следует провести кодирование состояний элементов памяти (вершин графа переходов).

Задача обеспечения устойчивой без состязаний работы устройства стоит и при синтезе МПУ. Однако в настоящее время промышленность выпускает в сериях ИМС триггеры с двойной памятью, выполненные на одном кристалле в одном корпусе. Признаком двойной памяти является наличие на поле условного графического обозначения двух букв Т.

Функциональная схема элемента памяти с двойной памятью показана на рис. Входами элемента памяти являются входы первого триггера S₁ и R₁, выходами – выходы второго триггера Т₂. Сигналы с первого триггера на второй проходят только по сигналам со специального тактового генератора. Это приводит к тому, что хотя для разных элементов памяти состязания первых триггеров могут иметь место, состязания выходов элементов памяти, определяющих работу устройства, исключаются за счет разновременной подачи сигналов от тактового генератора.

Кодирование заключается в сопоставлении каждой вершине графа переходов n-разрядного позиционного кода, выражающего состояния элементов памяти при выбранной базе. Кодирование производится в такой последовательности.

1.На графе переходов определяются те пары вершин, между которыми имеется максимальное число переходов, и для них выполняется при выбранной базе соседнее кодирование.

2.Присваиваются коды (по возможности соседние) тем вершинам, которые смежны с вершиной Y₀.

3.Присваиваются коды вершинам, отстоящим от вершины Y₀ на 2 ребра. При этом в первую очередь кодируются вершины, связанные переходами с наибольшим числом уже закодированных вершин. Код вершины получается путем поразрядного выполнения операций дизъюнкции кодов двух вершин, смежных с кодируемой.

4.Указанная процедура выполняется, пока не будут закодированы все вершины графа переходов