Обычно тип микропрограммного автомата (МПА), формирующего сигналы управления, определяет название всего УУ. Так, УУ с жесткой логикой управления имеет в своем составе МПА с жесткой (аппаратной) логикой. При создании такого МПА выходные сигналы управления реализуются за счет однажды соединенных между собой логических схем.
Непосредственно по графу микроалгоритма может быть построено УУ на линиях задержки сигналов. При этом операторным вершинам графа заменяются линиями задержки, величина которых соответствует длительности инициируемой в данной вершине микрооперации. Условные вершины, проверяющие логические условия (флаги) заменяются элементами И, а объединения ребер графа — элементами ИЛИ. Применению подобного подхода препятствует низкая технологичность линий задержки при использовании интегральных технологий.
Типичная структура микропрограммного автомата с жесткой логикой управления показана на рис. 1.
Исходной информацией для УУ служат: содержимое регистра команды, флаги, тактовые импульсы и сигналы, поступающие с шины управления.
Рис. 1. Микропрограммный автомат с жесткой логикой
Код операции, хранящийся в РК, используется для определения того, какие СУ и в какой последовательности должны формироваться, при этом, с целью упрощения логики управления, желательно иметь в УУ отдельный логический сигнал для каждого кода операции (I0, I1,…, Ik) . Это может быть реализовано с помощью дешифратора. Дешифратор кода операции преобразует j-й код операции, поступающей из регистра команды (РК), в единичный сигнал на j-м выходе.
Машинный цикл выполнения любой команды состоит из нескольких тактов. Сигналы управления, по которым выполняется каждая микрооперация, должны вырабатываться в строго определенные моменты времени, поэтому все СУ «привязаны» к импульсам синхронизации (СИ), формируемым узлом синхроимпульсов. Период СИ должен быть достаточным для того, чтобы сигналы успели распространиться по трактам данных и другим цепям. Каждый СУ ассоциируется с одним из тактовых периодов в рамках машинного цикла. Узел синхроимпульсов после завершения очередного такта работы добавляет к содержимому счетчика тактов единицу. К выходам счетчика подключен дешифратор тактов, с которого и снимаются сигналы тактовых периодов: T1…, Tn. В i-м состоянии счетчика тактов, то есть во время i-го такта, дешифратор тактов вырабатывает единичный сигнал на своем i-м выходе. При такой организации в УУ должна быть предусмотрена обратная связь, с помощью которой по окончании цикла выполнения команды счетчик тактов опять устанавливается в состояние T1.
Дополнительным фактором, влияющим на последовательность формирования СУ, являются состояние осведомительных сигналов (флагов), отражающих ход вычислений, и сигналы с шины управления. Эта информация также поступает на вход УУ, причем каждая линия здесь рассматривается независимо от остальных. Принцип построения логических схем формирования управляющих сигналов поясняется на рис. 2. Здесь показан фрагмент схемы, обеспечивающей выработку управляющего сигнала Сk в i-м и s-м тактах выполнения команды с кодом операции j, причем сигнал Сk появляется в i-м такте только при значениях осведомительных сигналов x1 = 1 x2 = 1, a s-м такте всегда.
Рис. 2. Фрагмент схемы формирования сигналов управления.
Процесс синтеза схемы МПА с жесткой логикой называется структурным синтезом и разделяется на следующие этапы:
- выбор типа логических и запоминающих элементов;
- кодирование состояний автомата;
- синтез комбинационной схемы, формирующей выходные сигналы.
Чтобы определить способ реализации МПА с жесткой логикой, необходимо описать внутреннюю логику УУ, формирующую выходные сигналы управления, как булеву функцию входных сигналов.
Как известно, задача синтеза автомата сводится к синтезу комбинационной схемы путем построения системы логических функций с последующей их минимизацией.
