Микропрограммного устройства и получение функций возбуждения и
Построение обобщенной таблицы возбуждений и выходов
После кодирования состояний памяти МПУ необходимо построить обобщенную таблицу возбуждений и выходов. Таблица строится на основе графа переходов и таблицы входов выбранного элемента памяти.
Таблица содержит строки по числу всех возможных переходов МПУ, отраженных на графе переходов, и столбцы. Количество столбцов задающей части таблицы равно суммарному числу элементов памяти и входных сигналов. Количество столбцов исполнительной части таблицы равно суммарному числу входов элементов памяти и выходов МПУ плюс число элементов памяти. Таблица является обобщенной, так как в нее вносятся не все возможные состояния элементов памяти и входных сигналов, а только те, которые имеют место при переходах МПУ. Остальные состояния в таблицу не вносятся и считаются условными.
Обобщенная таблица возбуждений и выходов МПУ совмещает свойства таблиц возбуждения элементов памяти и переходов-выходов. Для заполнения таблицы необходимо на графе переходов рассмотреть, начиная с начальной вершины, все возможные переходы. В каждую строку обобщенной таблицы возбуждений и выходов заносятся в задающую часть исходное состояние элементов памяти (код вершины) и значение входных сигналов, под влиянием которых происходит переход.
|
|
В столбцы исполнительной части каждой строки записывают состояния элементов памяти в t +1 такте (куда идет переход), значения входов элементов памяти, которые необходимы для осуществления данного перехода, взятые из таблицы входов элементов памяти, и значения выходных сигналов на данном переходе.
Построим обобщенную таблицу возбуждений и выходов для примера 5.2. Граф переходов изображен на рисунке 5.12. В качестве элемента памяти примем IK-триггер, таблица входов которого представлена в виде таблицы 5.1. Граф имеет всего 7 различных переходов, значит, таблица должна содержать 7 строк.
МПУ содержит 2 элемента памяти – у 1 у 2, 3 входных сигнала – х 1, х 2, х 3 и 3 выходных сигнала – z 1, z 2, z 3. Значит, задающая часть таблицы должна содержать пять столбцов – у 2, у 1, х 3, х 2, х 1, а исполнительная часть должна содержать 9 столбцов – у 2 (t +1), y 1 (t +1), I 2, K 2, I 1, K 1, z 3, z 2, z 1.
Таблица 5.1
y (t) | y (t +1) | |
0~ | 1~ | |
~1 | ~0 |
Рассмотрим начальную вершину Y 0 графа переходов. Из нее идет 3 перехода: один – в вершину Y 1 и два – в вершину Y 2. Переход в вершину Y 1 происходит при подаче входных сигналов х 2 (т.е. х 1 = 0, х 2 = 1); при переходе возбуждается выход z2 (т.е. выходные сигналы равны z 3=0, z 2=1, z 1=0) и
МПУ переходит из состояния памяти 00 (у 2 = 0, у 1 = 0) в состояние 01 (у 2 = 0, у 1 = 1). По таблице входов IK –триггера определяем, что для перехода элемента памяти у2 из состояния 0 в состояние 0 на него должны быть поданы сигналы 0 ~ (I 2 = 0, K 2 = ~), а для перехода элемента памяти у1 из состояния 0 в состояние 1 должны быть поданы сигналы I ~ (I 1 = 1, K 1=~).
|
|
Вся эта информация заносится в первую строку обобщенной таблицы возбуждений и выходов. В пустых клетках задающей части таблицы проставляем тире.
Аналогичным образом рассматриваем все переходы из всех вершин графа переходов и заполняем все строки таблицы.
Полученная таким образом обобщенная таблица возбуждений и выходов представлена в виде таблицы 5.2.
Таблица 5.2
y 2 | y 1 | x 3 | x 2 | x 1 | y 2(t +1) | y 1(t +1) | J 2 | K 2 | J 1 | K 1 | z 3 | z 2 | z 1 |
-- | ~ | ~ | |||||||||||
-- | -- | ~ | ~ | ||||||||||
-- | ~ | ~ | |||||||||||
-- | -- | ~ | ~ | ||||||||||
-- | -- | ~ | ~ | ||||||||||
-- | -- | ~ | ~ | ||||||||||
-- | -- | ~ | ~ |
Запись значений переменных в задающий части таблицы образует при данной базе обобщенный код (ОК) данной строки.
Например, первая строка (база y 2 у 1 х 3 х 2 х 1) имеет ОК 00-I0, вторая строка имеет ОК 00--I и т.д.
Таким образом, для каждой переменной исполнительной части таблицы можно записать условия работы (логическую функцию) в виде наборов рабочих и запрещенных, обобщенных кодов. Затем, произведя минимизацию методом поразрядного сравнения ОК можно получить минимальную форму логических функций выходов и возбуждения элементов памяти.
Если символы "-" в ОК заменить переборами значений переменных этих разрядов, то получим полный набор состояний, отвечающих данной строке. Перейдя от двоичного кода к восьмеричному, можно получить набор весовых состояний, соответствующих данной строке при выбранной базе. Например, для первой строки: 00-10=00010v00110=02v06; для второй строки: 00—1=
=00001v00011v00101v00111=01v03v05v07.
Тогда минимизации логических функций можно проводить методом поразрядного сравнения рабочих и запрещенных весовых состояний.
Проведем минимизацию функции J 2. Для этого выпишем из обобщенной таблицы возбуждений и выходов рабочие и запрещенные обобщенные коды, расположив их группами (Таблица 5.3).
Таблица 5.3
y 2 | y 1 | x 3 | x 2 | x 1 | J 2 |
[0] | -- | -- | [1] | ||
[0] | -- | [0] | |||
[1] | -- | -- | [0] | ||
-- | |||||
-- | -- |
Сравниваем первый рабочий ОК с запрещенными. Видим, что для отличия от первого запрещенного ОК надо сохранить "I" в разряде х 1, а для отличия от второго запрещенного ОК надо сохранить "0" в разряде у 1. Обведем их "квадратиками". Значит, из первого рабочего ОК образовался результирующий ОК: – 0 – –1. Сравнивая второй рабочий ОК с запрещенными, получаем результирующий код:– 0 – 0 –, сравнивая третий, получаем –1– –0.
Итак, получили:
J 2 (y 2 y 1 x 3 x 2 x 1) = (- 0 - - 1)v (- 0 – 0 -) v (- 1 - - 0) =
Аналогичным образом минимизируются и остальные функции исполнительной части обобщенной таблицы возбуждений и выходов. Однако при небольшом числе строк обобщенной таблицы нет необходимости для каждой функции выписывать отдельно все рабочие и запрещенные обобщенные коды. Целесообразно минимизацию функций делать прямо по обобщенной таблице возбуждений и выходов.
Проведя минимизацию, получим результирующие коды и алгебраические выражения для всех функций исполнительной части обобщенной таблицы:
К 2=1 (запрещенных состояний нет);
К 1=1 (запрещенных состояний нет);
Таким образом, в результате минимизации получили логические функции возбуждения элементов памяти (регистра микрокоманд) и выходов (команд управления):
|
|
По полученным логическим функциям необходимо построить функциональную схему МПУ.
Построение функциональных схем узлов, реализующих функции возбуждения и функции выходов, в несложных случаях можно проводить обычными способами.
Однако для реальных МПУ системы логических функций возбуждения и выходов содержат десятки и сотни функций, зависящих от десятков и сотен переменных. В связи с этим при построении функциональных схем МПУ надо широко применять методы, позволяющие упростить схемы, - совместную реализацию функций возбуждения и выходов, выявление общих элементов, вынесение за скобки общих частей конъюнкции и т.д.
Имеются и специфичные методы упрощения функциональных схем МПУ, которые применяются в зависимости от конкретных условий решаемой задачи. К этим методам можно отнести раздельное формирование функций возбуждения и выходов, объединенное формирование этих функций, использование дешифратора и преддешифратора и т.д. Мы эти методы не рассматриваем.
Заметим, что не всегда синтезируемый автомат точно укладывается в схему Уилкса. Однако можно указать, что память – это регистр (запоминающее устройство) микрокоманд; схема возбуждения элементов памяти – это формирователь адреса микрокоманд, а схема формирования выходов – это формирователь команд управления.
Если в качестве элементов памяти применяются задержки (Д-триггеры), то вместо функций возбуждения элементов памяти следует получать функции у (t +1). Тогда получим для нашего примера:
Построим схему такого МПУ с памятью на задержках на ПЛМ (Рисунок 5.16).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При построении схемы на ПЛМ с обратными связями (память на задержках) не нужно приводить функции к виду, удобному для построения схемы на элементах И-НЕ, строим ПЛМ сразу по ДНФ.
Можно даже не производить минимизацию ЛФ, брать сразу дизъюнкции конъюнкций рабочих ОК. Однако в этом случае потребуется большее количество вертикальных шин в матрице. Так, для z 2 в случае минимизации потребовалось 2 вертикальные шины, а без минимизации понадобилось бы 6 вертикальных шин.
|
|