Следует заметить, что указанные выше первые два условия н сам метод синтеза обобщаются на случай наличия в микрокомандах в качестве начального и конечного членов не только операторов, но и

логических условий.

Рассмотренная УЯ может применяться при синтезе ДУ лишь тогда, когда в каждом внутреннем состоянии автомата имеется хотя бы одно устойчивое состояние (т. с. в каждой микрокоманде должна быть ветвь, заканчивающаяся начальным членом). Если во внутреннем состоянии нет устойчивого состояния, что обычно бывает в микропрограммном автомате, то необходимо использовать второй тип УЯ, которую обозначим УЯ. Эта ячейка (рис. 6.4) отличается от УЯ тем, что в цепи обратной связи (рис. 6.4,а)

ип+г

х, хл а)

\:

-Y

Рис. 6.4

введены элементы И с двумя входами и ИЛИ-НЕ с входами Хп+i, Xn+r. Поэтому после включения ячейки (т. е. возникновения сигнала в цепи обратной связи) она будет находиться в этом состоянии до тех пор. пока на один пз входовХп+\, Хп+г не придет единичный сигнал. При появлении единичного сигнала сигналы на выходах элементов ИЛИ-НЕ и И станут нулевыми и, таким образом, обратная связь нарушится, ячейка перейдет в исходное (невключенное) состояние. Условное обозначение УЯ приведено на рис. 6.4,6.

Пример 6.3. Пусть заданы ЛСА (3.9) и система микрокоманд, полученная по этой ЛСА в примере 4.7. Из системы микрокоманд видно, что в каждом внутреннем состоянии автомата нет устойчивых состояний, в микрокомандах Мр и Мр начальными членами являются не операторы, а логические условия. Конечными членами в микрокомандах Mrj, Мр и Мр, являются логические условия. Использование в качестве начальных и конечных членов микрокоманд логических условий - характерное свойство МА. При нахождении микропрограммного автомата в определенных внутренних состояниях на его вход могут поступать не все сигналы (значения ЛУ), а лншь некоторые из них. Например, из пяти логических устройств при выполненые микрокоманды Мр запрашиваются лишь значения pi и рз.

В рассматриваемой системе микрокоманд для Мр не выполняется второе условие, так как конечный оператор /-, входит к микрокоманду дважды. Поэтому данная система микрокоманд реализуется в базисе не УЯ, а УЯ. Кроме того, эту систему необходимо преобразовать, оборвав в Мр ветвь на логическом условии pt н введя новую микрокоманду Мр1. В результате вместо одной микрокоманды Мр получим две следующие:

I

АР*.

- J Pi\

Af;,, = j Pi \

для которых второе условие выполняется.

Для микрокоманд Мр, Мр и Мл, не выполняется также третье условие, поэтому преобразуем их следующим образом:

IF А

\Рь

I + -

! / \{Ft]

\[Ah]

! !

I / \[Fj] I { \[А3) j

, = М,-[]}; Af = {i4i-*H«]} ; л*Л1 = <ля-[Л]}. При этом учитываем, что микрокоманда mfj уже имеется.

Теперь проверим выполнение четвертого условия:

для оператора A0(Ak) pi;

для логического условия p4 1 [p4] VI [p4] =P4;

для оператора Fj p1p3FjVp4p5Fj;

для оператора A1 p4p5p2A1;

для оператора A2 1A2;

для оператора Aз p4A3;

для оператора Fj p1p3FiV1Fi;

для логического условия р2 p4p5[p2].

Как видно, для операторов Fi и Fj четвертое условие не выполняется. Поэтому заданную систему микрокоманд нельзя реализовать только в оазисе уя. Однако в тех случаях, когда добавляются логические элементы ИЛИ либо ФБ. реализующие операторы Fi и Fj имеют несколько входов, система микрокоманд может быть реализована вводом для каждого из операторов Fi и Fj нескольких УЯ (рис. 6.5). Каждая из этих УЯ может быть выполнена в виде БИС или в базисе ИМС с малой интеграцией, например в базисе элементов ИМС серии 155.

Писк

УЯ{ (Ао)

УЯ?

УЯ\ (П)

W

щ (т

W

УЯе

УЯт

УЯв

Щ

УЯд

УЯк

УЯш (As)

z*i \ % \

Рис. 6.5

Сложность (т. е. число корпусов) ИМС серии 155 как при стандартной реализации микропрограммного автомата в виде схемы Уилкса (см. гл. 4), так при использовании УЯ существенно зависит от алгоритма функционирования МА. В общем случае при синтезе МА наиболее предпочтительно использовать его стандартную реализацию. Однако в том случае, когда (см. примеры 6.1 и 6.2) все или хотя бы большинство (более 75%) микрокоманд имеют ветви, заканчивающиеся начальными членами этих микрокоманд, может оказаться целесообразным использование базиса УЯ, особенно если выполняется четвертое условие.

При выборе элементного базиса необходимо иметь в виду, что применение БИС вместо малых ИМС сокращает число межкорпусных соединений (паек), а следовательно, повышает надежность проектируемого ДУ. С этой точки зрения при аппаратной реализации ДУ в качестве элементного базиса наиболее предпочтительно использовать выполненные в виде БИС программируемые логические матрицы (ПЛМ), которые освоены промышленностью, и перспективные БИС на основе матричных однородных cped (МОС).

6.3. Синтез дискретного устройства на программируемых логических матрицах

Программируемые логические матрицы [5, 21] можно рассматривать как один из наиболее простых типов однородных сред. При этом ПЛМ, представляющая собой БИС, создана на базе полупроводниковой технологии запоминающих устройств. Структурная схема простейшей ПЛМ (рис. 6.6,а) состоит из двух матриц M1 и M2. Условное обозначение ПЛМ приведено на рис.

Рис. 6.6

6.6.б. Число входов X1, Хп и выходов fl, fk в ПЛМ ограничено и зависит от степени интеграции (т. е. от числа компонент) БИС. Инверсные входы xl, Хп образуются непосредственно в буфере ПЛМ, включающем инверторы НЕ. В матрице Mi формируются / конъюнкций Zi=f(x1, Хп), i=1, l, от прямых и инверсных входных переменных, сопоставленных с прямыми и инверсными входами ПЛМ. Выходы zl, zl матрицы Ml, которым соответствуют образованные в М1 конъюнкции, являются входами матрицы М2, в которой конъюнкции Z1, .... Zl логически складываются, образуя изъюнктивные нормальные формы (ДНФ) функций fl, fk, описывающих сигналы на одноименных выходах матрицы M2. Иными словами, функционально матрица Mi представляет собой l многовходовых (2п-входовых) логических элементов И, а матрица M2. - k многовходовых (l-входовых) логических элементов ИЛИ (рис. 6.7). Однако в ПЛМ допускается настройка (программирование) и Ml, и М2 путем изменения состава входов в логические элементы как И, так и ИЛИ. Поэтому на ПЛМ может быть реализована любая система k булевых (переключательных) функций от п переменных, представленных в ДНФ. Учитывая вместе с тем, что реально в ПЛМ число выходов в Mi берется значительно меньше, чем возможное число конъюнкций от п переменных, т. е. /<2", на ПЛМ могут быть реализованы только такие ДНФ, в которых число конъюнкций не превышает /. Вместо логических элементов И в м] или ИЛИ в Afa могут применяться логические элементы ИЛИ-НЕ.

Приведенную на рис. 6.6 ПЛМ можно представить в виде системы вертикальных и горизонтальных шин, в каждой точке пересечения которых стоит элемент (диод, транзистор и т. п.), соединяющих соответствующие горизонтальную и вертикальную шины (рис. 6.8). В зависимости от типа применяемых элементов различают биполярные ПЛМ и МОП (металл, окисел, полупроводник) ПЛМ. На рис. 6.9,а представлены возможные элементы в М\ и М-г биполярной ПЛМ, а на рис. 6.9,а - МОП ПЛМ.