Тип элементов памяти

В данном курсовом проекте для синхронного УА со схемной логикой блок памяти строится на комбинированных синхронных двухтакт­ных D – триггерах(см. таблицу 3 и рис. 7.).

Триггер - это простейшее устройство с двумя устойчивыми состоя­ниями, предназначенное для ввода, хранения и вывода одного бита информа­ции в дво­ичных кодах.

Входы триггера и подаваемые на них сигналы делятся на информаци­он­ные и вспомогательные. Информационные сигналы управляют состоянием триггера, которое определяется значением (0 или 1) сигнала на его основном Q- выходе. С другого Q - выхода снимается инверсный сигнал. При Q = 0 го­ворят, что триггер находится в нулевом состоянии или состоянии логиче­ского 0; при Q = 1 - в единичном состоянии или состоянии логической 1 Вспомога­тельные сиг­налы служат для предварительной установки триггера в начальное состояние.

Особенностью комбинированных триггерных схем является то, что на­ряду с наличием у них синхронно управляемых информационных входов, присутст­вуют также и входы асинхронной установки S и R триггеров в еди­ничное “1” и нулевое “0” состояния. Входы асинхронной установки тригге­ров обозначены на УГО отдельными от синхронных входов зонами. Входы асин­хронной установки необходимы для приведения триггеров в некоторые ис­ходные (начальные) со­стояния, которые в совокупности соответствуют на­чальному состоянию синте­зируемого синхронного управляющего автомата. Сигнал, подаваемый на входы асинхронной установки триггеров для приве­дения их в начальные состояния, принято называть сигналом сброса (Reset) или начальной установки (Н.У.). Сигнал начальной установки должен воз­дей­ствовать только на один из асин­хронных входов (S или R) каждого триг­гера. Не задействованные для начальной установки входы триггеров должны быть подключены к дополнительному сиг­налу, который является постоян­ным и пассивным для данного типа триггера.

 

Таблица 3

R1	S1	C	R	S	Q	Q+
0	0	0	*	*	0/1	0/1
0	0	­	0	0	0/1	0/1
0	0	­	0	1	0	1
0	0	­	0	1	1	1
0	0	­	1	0	0	0
0	0	­	1	0	1	0
0	0	­	1	1	0/1	Рис. 7 Комбинированный синхронный двухтактный RS - триггер *
0	1	*	*	*	0/1	1
1	0	*	*	*	0/1	0
1	1	*	*	*	0/1	*

6.2 Структурное кодирование входных, выходных сигналов и состоя­ний автомата.

 

Единообразное представление всех абстрактных символов, необходи­мых для задания автомата, называют структурным кодированием входных, выход­ных сигналов и состоянии автомата.

В настоящее время самым распространённым способом структурного ко­дирования является двоичное кодирование. Структурное кодирование про­во­дится в два этапа:

1. Определим количество β-двоичных разрядов, необходимое для дво­ич­ного представления некоторого множества абстрактных символов. Вели­чина β находится из следующего соотношения:

 

b = 1 + int (log₂ (|А|-1)),  (4)                                           

 

где: 

 |А| a - мощность множества внутренних состояний УА;

 int () - целая часть.

В пункте 6.1 было определено следующее множество внутренних со­стояний ав­томата А = {а₁...а₁₁} и мощность этого множества |А| = 11, тогда:

 

b = 1 +int(1og2(11- 1))=4.

 

Так как алгоритм функционирования синтезируемого автомата задан в виде ГСА, то структурного кодирования входных и выходных сигналов про­из­водить не нужно. Это обусловлено тем, что при описании работы автомата в виде ГСА каждое логическое условие, и каждый выходной сигнал уже имеют двоичное кодирование.

При эффективном кодировании по второму способу (этот способ при­меняется только для автоматов типа Мура) состояния автомата (из графы а_m в таблице 2) упорядочиваются в следующем порядке: первым выбирается такое состояние автомата, в котором формируется максимальное количество выход­ных сигналов, после чего все остальные состояния автомата упорядочиваются в порядке уменьшения количества одновременно формируемых выходных сигналов. Далее кодирование производится таким же образом, как и для эф­фективного кодирования по первому способу.

Найденный структурный код начального состояния автомата используется для определения соответствующих асинхронных входов R и S, которые должны быть объединены и подключены к сигналу начальной установки.

 

a₁=3

a₂=5

a₃=1

a₄=4

a₅=1

a₆=2

a₇=1

a₈=2

a₉=1

a₁₀=1

a₁₁=1

 

Таблица 4

	d4	d3	d2	d1
а1	0	0	0	1
а2	0	0	1	0
a4	0	1	0	0
a6	1	0	0	0
a3	0	0	1	1
a7	0	1	0	1
a5	0	1	1	0
a8	1	1	0	0
a9	1	0	1	0
a10	1	1	1	0
a11	0	1	1	1

 

6.3 Составление расширенной структурной  таблицы      пере­ходов и выходов

Исходными данными для составления расширенных структурных таб­лиц переходов и выходов являются таблицы 2 и данные, полученные в ре­зультате структурного кодирования состояний автомата (таблица 4). 

Расширенные структурные таблицы переходов и выходов отличаются от таблицы 2 введением дополнительных граф, содержащих информацию о струк­турном коде состояния автомата в текущий момент времени К(а_m), о структур­ном коде автомата в последующий момент времени К(а_s), а также структурный код функции возбуждения блока памяти F(а_m,а_s), который дол­жен формиро­ваться логическим преобразователем для подготовки перехода автомата из со­стояния а_m в состояние а_s.

При использовании модифицированных комбинированных синхронных двухтактных D - триггеров функция возбуждения блока памяти находится на основании следующего уравнения:

 

F(а_m, a_s) = К (a_s)   (5)

 

Из уравнения (5) следует следующая система уравнений:

 

f₁=d₂()

f₂=d₂()

...

f_r = d_r ().

 

Для начала по таблице 1 определим микрооперации, выполняемые од­но­временно при реализации УА каждой из микрокоманд У_i. Полагается, что если микрооперация равна 1, то она выполняется в данной микрокоманде, а если равна 0, то не выполняется. Таким образом, содержимое таблицы 1 можно пред­ставить следующим образом:

 

Y₁ = {y_4,y_5,y₇};   

У₂ = {y_2,y₆};

У₃ = {y_2,y_5,y₆};   

У₄ = {y_1,y₅};

У₅ = {y_2,y_3,y_4,y₆};

У₆ = {y_1,y_3,y₇};

У₇ = {y_1,y_2,y_3,y_4,y₇};

У₈ = {y_2,y_4,y_5,y_6,y₇};

 

Для автомата типа Мура структурная расширенная таблица переходов и вы­хо­дов представлена таблицей 5. В данной таблице в графе У(а_m) произ­во­дится детализация микроопераций, составляющих микрокоманды У(а_m), в со­ответствии с данными, представленными в таблице 1. В каче­стве структурных кодов используются коды, представленные в таблице 4.

 

Таблица 5.

am, Y(am)

К(am)

aS

К(as)

X(am, as)

F(am, as)

d4

d3

d2

d1

d4

d3

d2

d1

f4

f3

f2

f1

а1, y2,y6

0

0

0

1

а2

0

0

1

0

x1x2

0

0

1

0

 

а1, y2,y5,y6

0

0

0

1

a4

0

1

0

0

х1 2

0

1

0

0

 

а1, y2,y4,y5,y6,y7

0

0

0

1

a6

1

0

0

0

1

1

0

0

0

 

а2, y1,y5

0

0

1

0

а3

0

0

1

1

x4

0

0

1

1

 

а2, y2,y3,y4,y6

0

0

1

0

a5

0

1

1

0

x3 4

0

1

1

0

 

а2, y2,y4,y5,y6,y7

0

0

1

0

а1

0

0

0

1

4 3x5x6

0

0

0

1

 

а2, y1,y2,y3,y4,y7

0

0

1

0

a1

0

0

0

1

4 3x5 6

0

0

0

1

 

a2, y1,y3,y7

0

0

1

0

a11

0

1

1

1

4 3 5

0

1

1

1

 

a3, y2,y4,y5,y6,y7

0

0

1

1

a1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

 

a4, y2,y3,y4,y6

0

1

0

0

a5

0

1

1

0

x3

0

1

1

0

 

a4, y2,y4,y5,y6,y7

0

1

0

0

а1

0

0

0

1

3x5x6

0

0

0

1

 

a4, y1,y2,y3,y4,y7

0

1

0

0

a1

0

0

0

1

3x5 6

0

0

0

1

 

a4, y1,y3,y7

0

1

0

0

a11

0

1

1

1

3 5

0

1

1

1

 

a5, y2,y4,y5,y6,y7

0

1

1

0

a1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

 

a6, y2,y6

1

0

0

0

a7

0

1

0

1

x3

0

1

0

1

 

a6, y2,y5,y6

1

0

0

0

a8

1

1

0

0

3

1

1

0

0

 

a7, y1,y5

0

1

0

1

a9

1

0

1

0

1

1

0

1

0

 

a8, y1,y5

1

1

0

0

a9

1

0

1

0

x2

1

0

1

0

 

a8, y2,y3,y4,y6

1

1

0

0

a10

1

1

1

0

2

1

1

1

0

 

a9, y1,y3,y7

1

0

1

0

a11

0

1

1

1

1

0

1

1

1

 

a10, y1,y3,y7

1

1

1

0

a11

0

1

1

1

1

0

1

1

1

 

a11, y1,y2,y3,y4,y7

0

1

1

1

a1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

 

 

6.5. Составление логических уравнений для выходных сигналов и функций возбуждения блока памяти  

 

Составление логических уравнений для функций возбуждения блока па­мяти F(а_m,а_s) сводится к составлению совокупности логических уравнений для каждой отдельной функции возбуждения элементов памяти (f₁ … f_r). Логиче­ские уравнения записываются как дизъюнкция конъюнкций структурного кода исходного состояния автомата K(a_m) и комбинации входных сигналов X (а_m,а_s) по тем строкам таблицы 5, в которых в соответствующем столбце f_i присутст­вует значение, равное 1.

Для автомата типа Мура, представленного расширенной структурной таб­лицей 5, логические уравнения для функций возбуждения элементов памяти бу­дут иметь следующий вид:

f₁=  +  +  +  +  + ₁+ + + + + +

 

f₂=  +  +  +  +  +  +  +  + + +

 

f₃= +  +  +  +  +  +  +  +

 

f₄= +  +  + +

Для автомата типа Мура логические уравнения функций выходов (y_i) форми­руется на основе графы a_m, Y (а_m) соответствующей структурной таблицы (в данном случае таблицы 6.7). Функции выходов для автомата типа Мура пред­ставляют собой дизъюнкции только конъюнкций структурного кода исход­ного состояния автомата K(a_m) по тем строкам структурной таблицы, в кото­рых присутствует выходной сигнал y_i. Логические уравнения для функций выходов автомата типа Мура не содержат символов входных переменных. Ло­гические уравнения составляются для всех выходных сигналов.

Функции выхода для автомата Мура будут иметь вид:

y₁=  +  +

y₂=  +   +   +  +  +  +

y₃=  + ₁ +

y₄=  +  +  +

y₅=  +  +  +  +  +

y₆=  +  +  +

y₇=   +   +  +