Концепция операционного и управляющего автомата

Для построения любого устройства управления необходимо, прежде всего, определить его функции и связи с объектом управления. В вычислительной технике под объектом управления подразумевается любой цифровой прибор, предназначенный для выполнения любых операций над информацией. К таким приборам, которые называются операционными, относятся контролер внешних устройств, разнообразные процессоры, каналы ввода-вывода, арифметико-логические устройства (АЛУ), память и др. Для упрощения процесса проектирования и понимания принципов действия операционных устройств, их принято разделять по структурному и функциональному отношению на два тесно взаимодействующих между собой блока: первый, выполняющий функции операционного автомата (ОА), второй – управляющего автомата (УА).

Процесс выполнения операций в ОА описывается в форме алгоритма, приведенного в терминах микроопераций и логических условий, и называется микропрограммой. Управляющий автомат, который реализует микропрограмму выполнения операций обработки информации, называют микропрограммным автоматом. На практике самое большое распространение получили микропрограммные автоматы Мили и Мура.

Иногда целесообразно рассматривать многоуровневое представление цифровой системы. Например, если рассматривать взаимодействие АЛУ и процессора, то процессор в этой связи представляет управляющий автомат, а АЛУ - операционный. Но при проектировании самого АЛУ в нем выделяется свой автомат управления, а к операционной части относятся его регистры, сумматор, счетчик сдвигов и т.п..

Итак, концепция состоит в том, что любое цифровое устройство можно представить в виде композиции 2-х автоматов: операционного и управляющего (рис.5.1).

Операционный автомат служит для выполнения элементарных действий по обработке информации, такие элементарные действия называются микрооперациями. К микрооперациям относят такие действия как запись кода в регистр, сдвиг кода влево или вправо, выдача необходимого кода, сложение, вычитание, инвертирование и так далее.

Структура и функция операционного автомата определяется составом микроопераций, которые он должен реализовать. На операционный автомат поступают входные данные (D_h, h=1,H), выдаются результаты операции (R_q, q=1,Q). Внутри операционного автомата могут храниться промежуточные результаты (S_l, l=1,L). DÍS; RÍS.

Кроме того, операционный автомат подает признаки выполнения операции X (осведомительные сигналы).

Управляющий автомат определяет последовательность, алгоритм выполнения микрооперации в устройстве. Он вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность управляющих сигналов.

X={x₁, x₂,..., x_p}, p=1,P

Y={y₁, y₂,..., y_m}, m=1,M

Если порядок действий над словами задается в виде схемы соединений, то такой автомат называется управляющим автоматом с жесткой логикой.

Второй тип управляющего автомата – управляющий автомат с гибкой логикой. В нем алгоритм обработки информации хранится в запоминающем устройстве (ЗУ).