9.4. Вопросы и задания для самоконтроля
Что называется автоматом?
Какими компонентами определяется автомат?
Какими способами задается алгоритм работы автомата?
Каким образом строится граф автомата?
Чем отличаются автоматы Мили и Мура?
Задайте в вербальной форме алгоритм работы автомата и составьте граф автомата.
Получите по графу автомата функции выходов и переходов.
Нарисуйте схему автомата Мили.
Нарисуйте схему автомата Мура.
На каких элементах реализуется комбинационная схема?
Каким требованиям должен удовлетворять регистр?
Поясните назначение дешифратора команд и селектора в схемах автоматов
Заключение
Элементная база является наиболее быстро изменяемой частью цифровых устройств обработки информации. Она обновляются значительно быстрее, чем происходят изменения в алгоритмах обработки информации.
Для реализации требуемых алгоритмов обработки выпускаются микросхемы различного уровня интеграции, от малых до сверхбольших. Микросхемы малой степени интеграции выполняют простейшие логические преобразования и обладают максимальной универсальностью. С ростом степени интеграции универсальность снижается. Поэтому в развитых сериях стандартных интегральных схем содержатся сотни типов функциональных элементов. Появление больших и сверхбольших (БИС и СБИС) интегральных схем, содержащих миллионы логических элементов, могло резко обострить противоречие между ростом степени интеграции и универсальностью микросхем.
Решение возникшего противоречия было найдено на пути использования программирования достаточно универсальной СБИС для реализации ее конкретных функций. На этом пути появились микропроцессоры и БИС/СБИС с программируемой структурой.
Микропроцессор способен выполнять команды, входящие в его систему команд. Меняя последовательность команд (программу), можно реализовать различные алгоритмы обработки информации (функции) на одном и том же микропроцессоре. В этом случае структура аппаратных средств не связана с алгоритмом обработки. Это обеспечивает универсальность аппаратных средств в виде микропроцессоров. Обеспечение специализации аппаратного средства переносится на программирование.
СБИС с программируемой структурой содержит на кристалле множество логических и функциональных блоков, соединения между которыми должен запрограммировать сам системотехник в соответствии со своим проектом. Системотехник сам программирует структуру уже изготовленной СБИС для реализации заданного алгоритма функционирования. Таким образом, достигается совмещение универсальности и специализации.
Два указанных подхода имеют существенные различия. Микропроцессоры реализуют последовательную обработку информации, выполняя последовательно большое число отдельных команд, что существенно снижает быстродействие.
В БИС/СБИС с программируемой структурой обработка информации происходит одновременно во многих частях устройства. Сложность запрограммированной структуры устройства зависит от сложности решаемой в СБИС задачи (алгоритма обработки данных). Сложность алгоритма обработки данных влияет лишь на программу синтеза устройства, а не на аппаратные средства используемые для ее выполнения.
Таким образом, БИС/СБИС с программируемой структурой могут быстрее решать задачи, сложность которых ограничена уровнем интеграции микросхем, а микропроцессорные средства способны решать задачи неограниченной сложности, но с меньшим быстродействием. Оба направления открывают ценные перспективы дальнейшего улучшения технико-экономических показателей создаваемой на них аппаратуры.
Успешное проектирование требует хорошего знания номенклатуры и параметров элементов, узлов и устройств цифровой аппаратуры и привлечения систем автоматизированного проектирования (САПР) для создания сложных систем.