5.9.3Управляющие автоматы с жесткой логикой управления

В основе построения УА с жесткой логикой (ЖЛ) управления лежит теория конечных (цифровых) автоматов. Наибольшую известность имеют конечные автоматы Мили и Мура.

Закон функционирования автомата Мили задается функциями:

А(t+1) = δ (A(t), X(t)) – функция переходов,

Y(t+1) = λ (A(t), X(t)) – функция выходов,

Здесь t = 0, 1, 2, … -автоматное время,

А = {а₁, а₂, …, а_N} – множество состояний автомата, N – конечно,

А(0) = а₁ – начальное состояние автомата,

Х = {х₁, …, х_L} – входной алфавит автомата,

Y = {y₁, …, y_M} – выходной алфавит автомата.

Рисунок 5.29 – УА с ЖЛ управления

Чтобы построить УА с ЖЛ, необходимо задать функцию переходов δ и функцию выходов λ автомата. Определение функций λ, δ легко производится по ГСА операций f_g ОУ. Техническая реализация функций автомата Мили приводит к структуре УА с ЖЛ (рисунок 5.29).

Выходной алфавит Y интерпретируется как совокупность выходов УА, с помощью которых управляющие сигналы y₁ … y_M подаются в ОА.

Входной автомат Х интерпретируется как совокупность осведомительных сигналов x₁ … x_L, поступающих на вход комбинационной схемы КС в качестве аргументов булевских функций y₁, …, y_M, аргументами которых является еще и информация о состоянии автомата в момент времени t: A(t).

Для отображения состояния автомата используется память П, реализуемая на триггерах, количество которых n = log₂N зависит от множества состояний. Переход из одного состояния a_i в другое a_j осуществляется под воздействием сигналов Z, которые формируются на выходах КС, реализующих булевы функции в соответствии с функцией переходов  автомата.

Сигналы синхронизации С имитируют автоматное время t.

Следует отметить, что переход от функции ОА, которая задается набором ГСА₁ … ГСА_G к структуре УА с ЖЛ, т. е. конкретной конфигурации комбинационных схем, реализующих функции Y и Z, формализован и, следовательно, может быть автоматизирован. Это позволяет получать схемы УА автоматически: на входе системы набор ГСА, а на выходе – документация, схема УА (фактически это САПР УА с ЖЛ). [С. И. Баранов. Синтез микропрограммных автоматов. - Л: Энергия, 1979].

Характеристики УА с ЖЛ – быстродействие и затраты оборудования. Быстродействие УА с ЖЛ характеризуется временем формирования управляющих сигналов y_m:

t_y = _ТР + 2_АЭ = 5_АЭ,

где _ТР - время переключения триггеров памяти, _ЛЭ - задержка одного логического элемента в КС УА.

5.9.4С равнение характеристик управляющих автоматов с программируемой и жесткой логикой

Сравнение выполним по быстродействию и затратам оборудования.

По быстродействию:

Разность ∆ = Т_ЖЛ – Т_ПЛ > 5_ПЗУ, т. е. время формирования управляющих сигналов в УА с ЖЛ меньше по крайней мере на величину _ПЗУ - время выборки из ПЗУ, что существенно меньше. Следовательно, УА с ЖЛ обладают большим быстродействием, чем УА с ПЛ.

По затратам оборудования С. Количество оборудования С в УА с ЖЛ пропорционально сложности микропрограмм S (рисунок 5.30). В УА с ПЛ оно зависит от сложности микропрограмм, определяемой количеством микрокоманд. Длина микрокоманды логарифмически зависит от количества МО М, числа ЛУ L, емкости ПЗУ. Н а рисунке 5.29 S* - характерная точка, точка пересечения линий, которая означает, что затраты оборудования в УА с ПЛ до точки S* больше, а после нее меньше, причем разница в затратах тем больше, чем выше сложность УА. Следовательно, с точки зрения затрат оборудования УА с ПЛ экономнее, чем УА с ЖЛ. Отсюда область их применения: если целью проектирования является высокое быстродействие, то следует использовать УА с ЖЛ, если критерий проектирования – минимальные затраты оборудования, то – УА с ПЛ.