Синтез управляющих автоматов (УА)

1.

Синтез
управляющих
автоматов (УА)

2.

Схема операционного устройства (ОУ)
Для УА входными являются
осведомительные сигналы –
хj , а выходными –
управляющие сигналы – yi
(для ОА – наоборот).
Первичной спецификацией
для синтеза УА является ГСА.

3.

При синтезе операционного автомата используется содержательная ГСА (для ОА
важно содержание микроопераций и осведомительных сигналов)
Микропрограмма
подсчета числа единиц
в n-разрядном слове А
Начало
y0 А(1:n):=T(1:n)
y1 C(1:m):=00...0
x1
A(1:n)=00...0
0
1
A1
y2 C(1:m):=C(1:m)+1
Y2
y3 А(1:n):=A(2:n).0
Конец
m = log2 n
Y1
1
x2
0
y3 А(1:n):=A(2:n).0 Y3
2

4.

Была получена следующая структурная схема
операционного устройства:
Затем по ней была разработана принципиальная схема операционного автомата для
n=8.

5.

Принципиальная схема ОУ
?
18

6.

Для синтеза управляющего автомата (УА) содержание микроопераций и
осведомительных сигналов не важно. Важно знать в какие моменты времени при
каких условиях (значениях осведомительных сигналов) какие управляющие сигналы
должны быть выданы.
Вид ГСА для синтеза УА:

7.

Виды управляющих автоматов
1. УА с жесткой логикой (логика работы задается
порядком соединения логических и триггерных
схем) – рассматривали в курсе «АКС»;
2. УА с программируемой логикой (логика работы
задается микропрограммой, прошитой в ПЗУ
(постоянное запоминающее устройство).

8.

УА с программируемой
логикой
Основным элементом схемы
УА с программируемой
логикой является память
микропрограмм (ПМП) –
постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ), каждое
слово которого имеет адрес и
хранит одну микрокоманду
(МК).
Микропрограмма «прошита» в ПЗУ

9.

Универсальный программатор TL866CS

10.

Способы адресации микрокоманд:
1) естественная адресация;
2) принудительная адресация.
Под способом адресации понимают способ формирования
адреса следующей микрокоманды (выполняемой вслед за
текущей).
Способ адресации влияет на способ записи микрокоманды
(формат микрокоманды) и способ расшифровки этой записи.

11.

Проектирование УА с естественной адресацией
микрокоманд
Если микропрограмма линейная, то каждая следующая МК (операционный блок ГСА)
должна располагаться в следующем слове ПМП. Тогда в качестве формирователя
адреса удобно использовать счетчик, назовем его СчАМК – счетчик адреса
микрокоманды.

12.

А как вычислять следующий адрес, если в микропрограмме
есть разветвления?
У условной вершины 2 выхода!
Условную вершину тоже будем
считать микрокомандой.
Если условная вершина отмечена
адресом A (соответствующая ей МК
находится в ПМП по адресу А), то
следующим (на 1 большим)
адресом будем отмечать вершину,
которая следует за условной по дуге,
отмеченной символом «0»
(соответствующая МК будет
находится в ПМП по этому адресу).
Вершину, следующую за
операторной вершиной также будем
отмечать следующим адресом.
Вершину, следующую за начальной
будем отмечать адресом А+0.

13.

1 этап проектирования УА – расстановка адресов микрокоманд на ГСА
А+0
А+1
УА работает в цикле
А+2
А+3
Процесс расстановки адресов
заканчиваем, когда адресами
отмечены все вершины.
А+9
А+10
А+11 – БП на А+9
А+4
А+7
А+5
А+8 – БП на А+0
А+6 – БП на A+0
А+0
После отметки А+6 , берем еще не отмеченную
вершину и отмечаем ее следующим адресом А+7

14.

2 этап – разработка тестов для микропрограммы
Набор тестов должен быть полным, но не избыточным
Тест 1:
Входной набор:
Выходная
последовательность:
1
3
2
42
Тесты 2,3 и 4
расписать
самостоятельно!

15.

3 этап – разработка микропрограммы в символических обозначениях
Итак, при естественной адресации используют 2 вида микрокоманд:
операционная микрокоманда, в которой определенным образом кодируются
микрооперации;
управляющая микрокоманда , в которой кодируется номер проверяемого
логического условия и адрес микрокоманды, к которой осуществляется переход,
если заданное логическое условие равно 1.
Для того, чтобы отличить операционную микрокоманду от управляющей и
соответствующим образом раскодировать, в структуру микрокоманды вводится
дополнительный бит – маркер В. Он равен нулю у операционной команды и 1 у
управляющей команды.
Правило
вычисления адреса
следующей МК:
А, если В 1 и x ЛУ 1;
Аслед
СчАМК 1, в противном случае.

16.

Микропрограмма в условных обозначениях
x0 1
Для осуществления безусловных
переходов вводится еще одно логическое
условие, которое обозначено х0. Этот
осведомительный сигнал всегда равен 1,
поэтому переход на адрес, заданный в МК,
проверяющей
х0
осуществляется всегда.

17.

4 этап – тестирование микропрограммы в условных обозначениях
Тест 1:
Входной набор:
Микропрограмма
Выходная
последовательность:
Трассировка микропрограммы

18.

Для тестов 2, 3 и 4
сделать трассировку
микропрограммы
самостоятельно!

19.

5 этап – кодирование микропрограммы (представление микропрограммы в
двоичном виде (что прошивать в ПЗУ)).
Если операционная и управляющая микрокоманды имеют разную длину, то
длина выравнивается (более короткая МК доопределяется нулями справа).
Обычно применяется тривиальное кодирование номеров логических условий и
адресов.
Для кодирования микроопераций используются
различные стратегии.
Рассмотрим сначала самую простую: горизонтальное
кодирование микроопераций.
При использовании этой стратегии под каждую из
микроопераций отводится 1 бит в микрокоманде.
Если микрооперация должна инициироваться
микрокомандой (операционной), то соответствующий ей
бит должен быть равен 1.

20.

Микропрограмма в двоичном виде (прошивка ПЗУ)
Тестирование производится с помощью эмулятора УА
с программируемой логикой (ЛР3 – ЛР6).

21.

Структура УА с программируемой логикой и естественной адресацией МК
*

22.

Структура формирователя сигналов
микроопераций (ФМСО) при горизонтальном
кодировании микроопераций
Сигналы МО вырабатываются только
если В=0 и С2=1.
С2 – синхронизирующий сигнал.