Прикладная теория цифровых автоматов
до ОА Z2
Мал.4.2. Структурна схема автомата з КА.
додаткову операторну вершину з сигналом y0. Крім того, введемо додаткові вершини безумовного переходу, виходячи з тих же міркувань, що і для автомата з природною адресацією. Будемо, однак, мати на увазі, що для автомата з КА перехід з операторної вершини прирівнюється до безумовного, тому в одній точці може сходитися будь-яка кількість безумовних переходів або переходів з операторних вершин і тільки один по істинності ЛУ, що перевіряється. На другому етапі виділимо мікрокоманди заданого формату, користуючись тими ж правилами, що і для автомата з ПА. З врахуванням вищесказаного отримаємо перетворену ГСА (мал. 4.3).
4.3.Формування вмісту керуючої пам'яті.
При формуванні вмісту керуючої пам'яті скористаємося тим же кодуванням наборів мікрооперацій і ЛУ, що і для автоматів з ПА і природною адресацією (табл. 2.3, 2.4). Для адресації мікрокоманд випишемо їх природні послідовності так само, як і для автомата з природною адресацією, враховуючи, що природним вважається тільки перехід по істинності ЛУ.
a1=[O1,O14]
a2=[ O2 ,O19 ,O18 ,O46 ,O6 ,O42 ,O43 ,O44 ,O9 ,O38 ]
a3=[ O3 ,O15 ,O17 ]
a4=[ O4 ,O5 ,O7,O8]
a5=[ O10 ]
a6=[ O11 ,O13]
a7=[ O12]
a8=[ O16,O29,O30,O25,O37,O35,O36]
a9=[ O20 ,O22 ]
a10=[ O21,O23]
a11=[ O26,O32,O33]
a12=[ O27 ,O24 ,O45]
a13=[ O34]
a14=[ O39]
a15=[ O40]
a16=[ O41]
a17=[ O28]
a18=[O31]
Перерахуємо в таблиці адресації (табл. 4.1) підряд всі послідовності a1-a18 і закодуємо їх R-розрядним кодом. R=]log2N[, N-кількість мікрокоманд(N=46, R=6). Закодуємо також оператори Yi, поставивши їм у відповідність п`ятирозрядний код. У таблиці 4.2 відобразимо вміст керуючої пам'яті, заповнивши поля FX, FY, FA.
Таблиця 4.1.
Адресація МК.
-
мк
А1А2А3А4А5А6
O1
000000 O14
000001 O2
000010 O19
000011 O18
000100 O46
000101 O6
000110 O42
000111 O43
001000 O44
001001 O9
001010 O38
001011 O3
001100 O15
001101 O17
001110 O4
001111 O5
010000 O7
010001 O8
010010 O10
010011 O11
010100 O13
010101 O12
010110 O16
010111 O29
011000 O30
011001 O25
011010 O37
011011 O35
011100 O36
011101 O20
011110 O22
011111 O21
100000 O23
100001 O26
100010 O32
100011 O33
100100 O27
100101 O24
100110 O45
100111 O34
101000 O39
101001 O40
101010 O41
101011 O28
101100 O31
101101
Таблиця 4.2
Вміст керуючої пам`яті.
-
№ A
FY
FX
FA
Оп.
A1A2A3A4A5А6
T1T2T3T4T5T6
T7T8T9
T10T11T12T13T14T15
O1
000000
000000
100
000010
O14
000001
000000
000
001101
O2
000010
000000
101
001100
O19
000011
000000
110
011110
O18
000100
000000
001
000111
O46
000101
010000
110
101101
O6
000110
000010
101
101100
O42
000111
000111
101
101010
O43
001000
000000
010
101011
O44
001001
010001
100
011010
O9
001010
001000
100
010100
O38
001011
101010
000
000000
O3
001100
000000
110
001111
O15
001101
000001
100
010111
O17
001110
000000
000
011010
O4
001111
000000
001
001101
O5
010000
000000
010
001010
O7
010001
000110
110
010011
O8
010010
101100
000
000000
O10
010011
000111
000
010110
O11
010100
000000
110
011010
O13
010101
100111
000
000000
O12
010110
001001
000
011010
O16
010111
000000
110
001010
O29
011000
000110
110
000111
O30
011001
000000
011
000110
O25
011010
000100
100
100010
O37
011011
001010
001
001011
O35
011100
000000
010
001010
O36
011101
000001
000
001001
O20
011110
001101
001
100000
O22
011111
000101
000
100110
O21
100000
001110
011
101001
O23
100001
000000
000
011010
O26
100010
000000
101
100101
O32
100011
000000
110
101000
O33
100100
000000
000
001010
O27
100101
000000
110
011000
O24
100110
001111
110
000101
O45
100111
100011
000
000000
O34
101000
100000
000
000000
Таблиця 4.2.
(продовження)
-
O39
101001
100000
000
000000
O40
101010
100000
000
000000
O41
101011
100000
000
000000
O28
101100
001011
000
010001
O31
101101
100000
000
000000
4.4.Синтез схеми автомата.
При синтезі схеми скористаємося вже розробленими вузлами для автоматів з ПА і природною адресацією. СФА автомата з КА аналогічна СФА автомата з природною адресацією. Схеми СФМО, РМК аналогічні відповідним вузлам автомата з ПА (розд.2.4), а схема ЛАМК запозичена з автомата з природною адресацією (розд.3.4). Відмінність полягає лише в тому, що для РМК буде потрібно 15 базових елементів. Враховуючи вищесказане, побудуємо схему автомата з комбінованою адресацією мікрокоманд(мал. 4.4).
5. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМАТІВ.
5.1. Підрахунок апаратурних витрат.
Визначимо апаратурні витрати на кожний з автоматів. Оскільки синтез лічильника не був обов'язковим, то при визначенні апаратурних витрат будемо вважати його єдиним вузлом.
1. У автоматі з примусовою адресацією схема СФА містить 28 логічних елементів, СФМО - 57 ЛЕ, вузол запуску і схема “&" - 4 ЛЕ і, крім того, необхідно 6 елементів-інверторів для отримання сигналів щX1...щX3,щP1...щP3 Також потрібно 27 елементів для РАМК і РМК. Таким чином, сумарне число ЛЕ дорівнює 122. Для побудови РАМК і РМК також буде потрібно 27 тригерів. Кількість ПЗП- 7.
2. У автоматі з природною адресацією схема СФА містить 12 логічних елементів, СФМО - 68 ЛЕ, вузол скидання - 2 ЛЕ і, крім того, необхідно 6 елементів-інверторів для отримання сигналівщX1...щX3,щP1...щP3 і 10 елементів для РМК. Таким чином, сумарне число ЛЕ дорівнює 98. Для побудови РМК також буде потрібно 10 тригерів. Кількість ПЗП- 4. Схема також містить один лічильник.
3. У автоматі з комбінованою адресацією схема СФА містить 10 логічних елементів, СФМО - 57 ЛЕ, вузол запуску і схема “&" - 4 ЛЕ і, крім того, необхідно 6 елементів-інверторів для отримання сигналів щX1...щX3,щP1...щP3 і 15 елементів для РМК. Таким чином, сумарне число ЛЕ дорівнює 92. Для побудови РМК також буде потрібно 15 тригерів. Кількість ПЗУ- 5. Схема також містить один лічильник.
Складемо зведену таблицю витрат на синтезовані автомати.(табл. 5.1.)
Таблиця 5.1.
Апаратурні витрати для синтезованих автоматів.
-
Тип автомата
Логічні елементи
Тригери
ПЗП
Лічильники
ПА
122
27
7
0
ПрА
98
10
4
1
КА
92
15
5
1
5.2. Визначення автомата з мінімальними апаратурними витратами.
Заповнимо таблицю, де для кожного автомата знаком “+" відмітимо мінімальні витрати на даний тип елементів, а знаком “-" -немінімальні (табл. 5.2.).
Таблиця 5.2.
|
Тип автомата |
Логічні елементи |
Тригери |
ПЗП |
Лічильники |
|
ПА |
- |
- |
- |
+ |
|
ПрА |
- |
+ |
+ |
- |
|
КА |
+ |
- |
- |
- |
Як видно з таблиці 5.2., автомат з природною адресацією виграє по двом параметрам: по кількості тригерів і ПЗП.
Для підтвердження правильності вибору автомата застосуємо також оцінку за Квайном (за сумарною кількістю входів елементів). Будемо вважати кількість входів у ЛЕ - 4, у тригера - 4, у ПЗП -9 і у лічильника - 9. З врахуванням вищенаведених значень, для автомата з ПА показник оцінки складе - 659, для автомата з ПрА - 477, для автомата з КА- 482.
Як видно з приведених оцінок, автомат з примусовою адресацією далеко не оптимальний, а автомати з природною і комбінованою адресацією по витратах практично однакові, але все ж автомат з ПрА має деяку перевагу перед автоматом з КА. Таким чином, результатом проектування буде схема автомата з природною адресацією мікрокоманд.