Синтез керуючого автомата

Процес синтезу керуючого автомату включає такі етапи:

1. Кодоване представелення графа мікропрограми або отримання граф-схеми алгоритма роботи керуючого автомата.

2. Розмічування граф-схеми алгоритму для визначення станів керуючого автомата, який функціонує відповідно до вибранї моделі (Мілі або Мура).

3. Складання структурної таблиці переходів та виходів автомата.

4. Отримання функцій збудження елементів пам’яті (тригерів).

5. Побудова комбінаційної частини автомата.

Кодоване представлення граф-схеми алгоритму здійснюється шляхом заміни мікрокоманд, записаних в операторних вершинах, відповідними їм керуючими сигналами y_j, а умов, які перевіряються в умовних вершинах, відповідними їм сигналами X_i.

Для автомата Мура вихідний сигнал залежить лише від внутрішнього стану, тобто y=λ(a). Тому кожна операторна вершина повинна бути відмічена символом вихідного стану автомата а_і.

Для побудови автомата Мілі слід пам’ятати, що вихідний сигнал залежить як від внутрішнього стану, так і від вхідного сигналу (тобто умови Х_і). Кодування граф-схеми автома Мілі відбувається не так, як для автомата Мура. Символом а₀ кодується вхід першої вершини графа, що йде за початковою, і вхід кінцевої вершини. Виходи інших операторних вершин відмічаються символами а_і, при чому виходи різних вершин мають різні номери станів.

За кодованою граф-схемою роботи автомата складається таблиця переходів і виходів. Для цього спочатку здійснюють кодування станів автомата двійковими кодами, визначають тип та кількість тригерів. Потім за таблицею преходів визначають значення сигналів на входах тригерів, при яких здійснюються переходи; визначають функції збудження тригерів та виконують їх мінімізацію. За знайденими виразами будується комбінаційна схема керуючого автомата на обраних елементах.

Таблиця переходів і виходів має однаковий вигляд для автоматів Мілі та Мура і будується в наступній послідовності.

В полі а_i графи t таблиці 2 записуємо поточний стан автомата, в полі а_і графи t+1– наступний його стан, у полі Х –умову переходу зі стану а_i(t) в стан а_i(t+1) згідно граф-схеми алгоритму. В полі Y записуються мікрооперації, які виконуються при переході автомата в наступний стан. У полі “Тригери” вказано сигнали, які необхідно подати на входи відповідних запам’ятовуючих елементів. Таким чином описуються всі можливі переходи автомата (табл. 2).

Таблиця 2– Таблиця переходів і виходів автомата

Кількість тригерів, які необхідні для організації пам’яті керуючого автомату, визначається як найближче більше ціле від двійкового логарифму кількості станів за формулою (5):

R = ] log₂ M [,                                       (5)

де М – кількість станів автомата,

R – шукана кількість тригерів.

За отриманою таким чином таблицею записуються та зводяться до мінімальної форми функції збудження тригерів та функції виходів цифрового автомата. Слід пам’ятати, що функції виходів цифрового автомата Мура залежать лише від внутрішніх станів (графа a_i поля t+1) і не залежать від умов переходу Х_і.

Далі обирається система елементів, з яких будується схема автомата. У більшості схем як елементи пам’яті використовуються елементарні автомати (тригери), що мають наступні особливості:

1) вони є автоматами Мура і мають два стійких стани;

2) станам елементарного автомата відповідають два різних вихідних сигнали: одиничний (коли на прямому виході тригера одиниця, а на інверсному – нуль) та нульовий;

3) у загальному випадку елементарний автомат може мати декілька фізичний входів;

Крім того, схема будь-якого керуючого автомата повинна містити певну кількість логічний елементів, що утворюють функціонально повну систему для синтезу необхідної комбінаційної схеми.