которого впервые предложили Уилкс (схема Уилкса) [3], а в качестве языка задания условий его работы использовать ЛСА.

В [3] показана взаимосвязь ЛСА и таблицы переходов, при этом дан способ перехода от ЛСА к таблице перехода. Следовательно, для ЦБУ принципиально возможно использовать общие методы синтеза, но, как указывалось выше, практическое их применение связано с большими трудностями. Поэтому рассмотрим ЦБУ, построенный по схеме микропрограммного автомата Уилкса (непосредственно по ЛСА).

Упрощенная структурная схема микропрограммного автомата Уилкса представлена на рис. 5.4. Схема состоит из регистра микрокоманд (РМК), дешифратора (Дш), матрицы внешних микроопераций (Mi), матрицы внутренних микроопераций (Мг) и матрицы формирования кода следующей микрокоманды (Мз).

Каждая внешняя микрооперация za{ является управляющим сигналом для ОФБ„ а внутренняя гр/ - управляющим сигналом для ЛФБ;, проверяющего логическое условие р,. Значение р: зависит от выполнения (pj=l; отмечено знаком «+») или певынолнения (pi=0; отмечено знаком «-») условия. На рис. 5.4 кружочком обозначены схемы, изображенные на рис. 5.5, которые служат для запроса от ЛФБ, значения проверяемого им логического условия pj.

£4. ti, Cfjtf

От JUpKi

Рис. 5.4Рис. 5.5

Выход гешифратора Дш сопоставляется с микрокомандой, выполняемой за один такт работы автомата.

Код каждой микрокоманды хранится в РМК. Очевидно, число разрядов РМК опрепеляется числом

микрокоманд, т. е. числом внутренних состояний МА После выполнения микрокоманды в Мз

формируется код следующей микрокоманды, который передается в РМК. Последовательность выполнения микрооперации удобно описывается на языке ЛСА, причем с оператором Л, сопоставляется внешняя микрооперация гд,, а с логическим условием р, - внутренняя микрооперация Zp/. Например, условия работы микропрограммного автомата, изображенного на рис. 5.4, описываются ЛСА:

U=v2A1A2p1A1p2A1A3p32vi(5.8)

Легко видеть что если в каждую микрокоманду включить по одной микрооперации, то число микрокоманд будет равно числу чпенов ЛСА Однако в большинстве практических случаев за один микротакт может быть выполнено несколько микрооперации, т. е. в одну микрокоманду можно включить несколько микроопераций Метод формирования микрокоманд изложен в разд. 4.2. Рассмотрим процесс синтеза структуры МА по схеме Уилкса.

Пример. Пусть имеется система микрокоманд, полученная в примере 4.8. Необходимо построить структурную схему МА.

Решение Вначале определим разрядность РМК. Поскольку в системе имеется восемь микрокоманд, то РМК должен иметь три ЭП, в качестве которых используем RS-триггеры. Кодовые комбинации, определяющие состояния триггеров Г1-Гз, соответствующие этим микрокомандам, примем такими, как указано в табл. 4.15.

Теперь указано в табл. 4.15. Теперь нетрудно построить принципиальную схему МА (рис. 5.6).

Сигналом, поступающим на вход Si, триггер Т, переводится в состояние 1, а сигналом на входе R- в состояние 0. Для запуска ЦБУ необходимо включить Г;.

Таким образом, непосредственно по ЛСА можно легко построить схему ЦБУ. При этом видно, что чем меньше членов ЛСА, тем проще будет принципиальная схема ЦБУ. Следовательно, ЛСА необходимо предварительно минимизировать рассмотренными выше способами.

На рис. 5.6 показаны два регистра РМК/ и РМК", между которыми установлены схемы И обеспечивающие передачу информации в РМК, накопленной в коде следующей микрокоманды в РМК" во время выполнения текущей микрокоманды. Синхронизирующие импульсы СИ] и СИз находятся в противофазе, т. е. при наличии импульса CHi осуществляется передача информации из РМК в РМК", а при наличии импульса СИг выполняются микрокоманды и формируется в РМ.К. код следующей микрокоманды.

Контрольные вопросы

1.Каковы принципы составления таблиц ЭП для электромагнитных реле?

2.В чем особенности синтеза дискретного устройства, в котором в качестве ЭП используются триггерные схемы?

3.Каковы особенности синтеза схем выходов дискретного устройства?

4.Чем может быть обеспечено отсутствие состязаний выходных сигналов?

5.В чем заключается табличный способ минимизации функций?

6.Как осуществляется переход от базиса И, ИЛИ, НЕ к другим базисам?

7.В чем состоят особенности синтеза микропрограммного автомата?

Глава 6.

СИНТЕЗ МИКРОЭЛЕКТРОННОГО ДИСКРЕТНОГО УСТРОЙСТВА В БАЗИСЕ БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

6.1. Общие сведения

Как было отмечено в гл. 1, большие успехи микроэлектроники привели к созданию больших и сверхбольших интегральных микросхем (БИС и СБИС). При этом высокая и все возрастающая быстрыми темпами степень интеграции элементов на одном кристалле привела к необходимости использования при создании дискретных устройств настраиваемых (программируемых) БИС и СБИС:

однородных сред и микропроцессоров* В связи с тем, что БИС и СБИС отличаются лишь количественными значениями создаваемых элементов в одном кристалле, в дальнейшем будем говорить только о БИС.]. К настоящему

времени разработано достаточно большое число разновидностей однородных сред и микропроцессоров. Однако здесь описываются лишь те из них, которые являются наиболее характерными представителями имеющихся или перспективных однородных сред и микропроцессоров.

Среди однородных сред можно выделить три основных направления создания настраиваемых БИС: универсальные ячейки, программируемые логические матрицы и матричные однородные среды.

В данной главе рассматриваются особенности проектирования (синтеза) ДУ в базисе однородных сред, а в следующей - в базисе микропроцессоров.

В теории автоматов [3] в основном уделяется внимание методам реализации условий работы автомата в виде дискретного устройства ( т. е. методам синтеза ДУ), при которых последнее реализуется непосредственно по структурному описанию автомата (см. гл. 1), т. е. по системе булевых функций [I]. Если же автомат задан в виде алгоритмического описания, то эти методы перед реализацией ДУ предполагают выполнение этапа логического синтеза, на котором заданное алгоритмическое описание автомата (например, в виде таблицы переходов, логической схемы алгоритма и т. п.) транслируется в структурное описание, т. е. В систему булевых функций, представленных в том или ином базисе логических элементов.

Будем называть методы реализации ДУ (аппаратные или программные) по структурному описанию автомата с выполнением этапа логического синтеза (если условия работы ДУ заданы в виде алгоритмического описания) методами программно-структурного синтеза автоматов. Эти методы получили широкое распространение, поскольку благодаря возможности применения в процессе синтеза ЭВМ позволяют получать в приемлемые сроки достаточно хорошие решения. Однако с ростом сложности дискретных устройств реализация этих методов даже при использовании ЭВМ становится все более затруднительной. В связи с этим представляет интерес возникший в последнее время в теории автоматов новый принцип построения дискретного устройства непосредственно по алгоритмическому описанию без трансляции в структурное описание. Такие методы будем называть методами алгоритмического синтеза. Эти методы, рассмотренные в ряде работ, дают возможность существенно упростить процесс проектирования дискретного устройства. Вместе с тем они учитывают особенность их реализации в базисе БИС, когда особое значение приобретает однородность структуры устройства, а не ее избыточность.

6.2. Синтез дискретного устройства в базисе универсальной ячейки

В ряде работ предлагается реализовать автомат, задаваемый на языке таблиц переходов, в виде дискретного устройства в базисе одной или двух типов универсальных ячеек (УЯ), сопоставляемых с одним состоянием автомата. При этом, когда используются две УЯ, одна из них сопоставляется с устойчивым, а вторая - с неустойчивым состояниями автомата, а переход от одного устойчивого состояния к другому через неустойчивое состояние моделируется непосредственным соединением соответствующих УЯ. Достаточно подробное изложение методов синтеза ДУ в базисе универсальных ячеек дано в [17]. Здесь рассмотрим метод алгоритмического синтеза автомата в базисе одного из типов УЯ [18], когда алгоритмическое описание автомата задано на языке ЛСА, а УЯ сопоставляется с внутренним состоянием автомата. Функциональная схема используемой ячейки представлена на рис.

6.1.