Разработка арифметико-логического устройства с управляющим автоматом с «жесткой логикой»

Оглавление
1 Разработка операционного автомата
1.1 Определение форматов данных
1.2 Разработка ГСА выполняемых операций
1.3 Разработка структуры ОА – выбор элементов и организация связей
1.4 Определения множества {у} микроопераций и {x} логических условий, выполняемых в ОА
2 Управляющий автомат
2.1 Разметка микропрограммы
2.2 Граф автомата
2.3 Кодирование алфавитов входных символов
2.4 Кодирование внутренних состояний автомата
2.5 Выбор элемента памяти
2.6 Таблица переходов автомата
2.7 Синтез комбинационной схемы
2.8 Синтез функциональной схемы
Заключение
Список использованной литературы

9). В нашем случае имеет 2 входных и 8выходных сигналов, каждый из которых может принимать два значения («0» и «1»).Рис. 9. Структурная схема управляющего автоматаЯчейка памяти строится на синхронных триггерах, которые переключаются только по синхросигналу (на рисунке опущен). Комбинационная схема вырабатывает выходные сигналыy1…y8 и сигналы возбуждения триггеровD1, D2, D3В качестве элемента памяти автомата выберем синхронный двухтактный D-триггер.Особенность данного триггера (рис. 10), в том, что первый триггер переключается по переднему фронту синхросигнала, а второй по заднему фронту. Это обеспечивает возможность держать на выходе второго триггера заданное значение во время переключения первого триггера.Рис. 10. Функциональная схема синхронного двухтактного триггераОчевидно, для реализации нашего автомата понадобятся три D-триггера.Таблица 5. Таблица истинности D-триггераCDQtQt+10*0/10/1↑00/10↑10/112.6 Таблица переходов автоматаПо графу (рис. 8) построим таблицу переходов.Таблица 6. Таблица переходов автоматаИсходное состояниеУсловие переходаСостояние переходаФункции возбужденияD1D2D3(a1)001|x1(a2)010010x1(a6)110110(a2)0101(a3)011011(a3)0111(a4)100100(a4)100|x2(a3)011011x2(a5)101101(a5)1011(a1)001001(a6)1101(a1)0010012.7 Синтез комбинационной схемыЗапишем функции возбуждения через значения ai и хk.В автомате Мура выходы зависят только от состояния автомата. В соответствии с таблицей 5 запишем функции выходов2.8 Синтез функциональной схемыНа рис. 12 представлена функциональная схема построенная по функциям полученным в п. 2.7.Выразим состояния автомата через состояния триггеровТаблица 7.Состояние автоматаСостояния триггеровa1a2a3a4a5a6Минимизируем выражение дляD3Составим карту КарноРис. 11. Карта Карно для D3Выражение получилось проще, однако для его реализации нужно два конъюнктора и один дизъюнктор, в то время как сейчас используется один дизъюнктор. К тому же минимизация остальных функций возбуждения не приведет к подобной краткости выражения.Поэтому синтезированная функциональная схема достаточно оптимальна.Функциональная схема разработана на отдельных логических элементах, хотя современная элементная база представлена широким ассортиментом от логических элементов до программируемых логических матриц.Для реализации сложных комбинационных схем, например, для управляющих автоматов с несколькими десятками состояний удобно использовать программируемые логические матрицы.Программируемая логическая матрица (ПЛМ) представляет собой функциональный блок, созданный на базе полупроводниковой технологии и предназначенный для реализации логических схем цифровых систем. В зависимости от внутренней организации программируемые логические матрицы можно разделить на ПЛМ комбинационной логики и ПЛМ с памятью. Среди ПЛМ первого типа наибольшее распространение получили двухуровневые, которые состоят из двух матриц. Первая матрица позволяет получать конъюнкции, вторая дизъюнкции.Двухуровневая ПЛМ с памятью, в отличие от двухуровневой ПЛМ комбинационного типа, содержит внутренний r-разрядный регистр. Входы регистра соединяются с выходными шинами второй матрицы, а выходы – с входными шинами первой матрицы.Программируемая матрица логики (ПМЛ) представляет собой матрицу ко входам и выходам которой могут быть подключены различные логические и запоминающие элементы.Рис. 12. Функциональная схема управляющего автоматаЗаключениеВ ходе проделанной работы была разработана структура операционного автомата выполняющего арифметическое умножение и дизъюнкцию, синтезирована функциональная схема управляющего автомата.Список использованной литературы1. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов (граф-схемы и автоматы). – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979. – 232 с.2. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. - М.: Физматгиз, 1962. – 476 с.3. Карпов Ю.Г. Теория автоматов. – СПб.: Питер, 2003. – 208 с.4. Лупал А.М. Теория автоматов: Учеб.пособие/СПбГУАП. СПб., 2000. – 119 с.5. Потапов, И. В. Элементы прикладной теории цифровых автоматов: учеб.пособие/И. В. Потапов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – 156 с.6. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов: Учеб.для вузов по спец. ЭВМ. – М.: Высш. шк., 1987. – 272 с.7. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. – 528 с.