4.1.2. Обобщённая схема (модель) цифрового устройства циклического действия со сквозным переносом информации

На рис. 4.2 представлен счётчик импульсов, полученный в результате синтеза с применением принципов организации блоков (их алгоритмов функционирования), связей между выходами и входами блоков, защищенных патентами на изобретение [28-30] и описанных в разд. 4.1.1. Этот счетчик является частным случаем цифрового устройства циклического действия с более высокими характеристиками по сравнению с его аналогом в традиционном исполнении. Счётчик реализует сквозной перенос информации, так как информация от блока к блоку распространяется по цепочке вентилей (конъюикто- ров), каждый очередной из которых переключает очередной триггер. Далее будет показано, что возможен последовательный и параллельный перенос информации с сохранением преимуществ предлагаемых устройств относительно их аналогов с традиционной структурой.

Обобщим этот результат для случая цифрового устройства циклического действия с произвольными коэффициентом счёта (количеством внутренних состояний), сложностью блоков, количеством входов и выходов блоков, видом кодирования состояний блоков. При этом будем иметь в виду', что устройство должно выполнять функции не только счётчика импульсов, а в общем случае произвольного устройства этого класса, формирующего под действием входных сигналов (в частном случае тактовых сигналов) па произвольном количестве выходов произвольную последовательность комбинаций состояний выходов. Необходимо учитывать, что длина последовательности (количество комбинаций в цикле) определяется количеством

Обобщенная схема (структурная схема, модель) цифрового устройства циклического действия со сквозным переносом информации

Рис. 4.4. Обобщенная схема (структурная схема, модель) цифрового устройства циклического действия со сквозным переносом информации

внутренних состояний устройства, а состав комбинаций комбинационной частью устройства. Очень важно, чтобы функции переходов устройства участвовали в формировании функций выходов, т. е. чтобы вентили, переключающие триггеры, участвовали в цепях, формирующих выходные символы. Это уменьшает сложность комбинационной части устройства.

Представим предлагаемое ус тройство в виде обобщённой схемы (модели, структуры), которая так же, как каноническая схема цифрового устройства (модель Хаффмена) отображает любое произвольное цифровое устройство, должна отображать произвольное цифровое устройство частного класса — цифровое устройство циклического действия (рис. 4.4). Эта модель так же, как модель Хаффмена, является основой канонического синтеза, должна быть основой методики синтеза цифровых устройств циклического действия. В рамках этой модели должны реализоваться любые конкретные устройства при задании конкретных параметров этой модели, количество вариантов которых велико.

Как уже отмечалось, синтез блоков можно выполнять с использованием модели Хаффмена ввиду их небольшой сложности. Однако при достаточно сложных блоках целесообразно реализовать их так лее, как и устройство в целом, в соответствии с предлагаемой моделью. Таким образом, предложенная модель может являться в общем случае сложной иерархической структурой, где «ступенями иерархии» являются блоки. На каждой из ступеней можно использовать либо модель Хаффмена, либо предлагаемую модель. Но в большинстве практических случаев для синтеза блоков видимо целесообразно применять модель Хаффмена. Очевидно также, что на нижней ступени возможно использование только модели Хаффмена.

Из вышеизложенного следует, что предложенная модель порождает большое количество вариантов реализации цифрового устройства циклического действия с конкретным алгоритмом функционирования.

Устройство содержит блоки 1,2,,Р, каждый из которых имеет порядковые номера входов 0», 1«, 2;,..., щ и выходов 0', 1Х, 2',..., п (где i — номер блока).

Каждый выход предыдущего блока соединён с одним из входов последующего блока, как показано на рис. 4.4 на примере соединения блоков 1 и 2. Остальные блоки соединяются по такому же принципу. То есть число выходов предыдущего блока равно числу входов последующего блока п' = пг. Выходы 0' и входы 0, „1 соединяются между собой (0' — выход, соответствующий исходному состоянию предыдущего блока, 0;+1 — вход, переводящий последующий блок в исходное состояние). Каждый из выходов предыдущего блока соединяется с зеркально расположенным относительно него входом последующего блока.

Зеркальность определяется относительно мнимой горизонтальной линии, расположенной так, чтобы но обе стороны от неё располагалось одинаковое число выходов и входов блоков без учёта выхода О' и входа 0*ч-1, соответствующих исходному состоянию блоков. То есть выходы и входы образуют соединённые пары. Например, для блоков 1 и 2 это 1} с 712, 2'х с (п2 - 1),. • • ,...(гх - 1) С (.72 + 1), г[ с .72, (гх + 1) с фг - 1),..., (п[ - 1) с 22, п[ с 12.

Выходы 1, 2,...,.. блоков соединяются со входом Р выходного блока с целью использования выходов логических элементов блоков для формирования выходов устройства 0),, !(,.... , п'р с помощью комбинационной схемы, размещённой в блоке Р.

Блок 1 переходит в очередное внутреннее состояние при любом изменении состояний входов. Каждому очередному состоянию соответствует активный уровень на очередном выходе из числа0х, 1Х,..., п. Блоки 2,...,Р имеют внутренние состояния, переключаемые в одной заданной очерёдности, образующей замкнутый цикл, и переключаются в очередное внутреннее состояние при подаче активного уровня только на очередной вход 0,, 1г. 2,;,..., щ, каждому из которых соответствует одно очередное состояние с таким же номером, и не меняют своего внутреннее состояния при переходе активного уровня в пассивный. При числе фиксируемых циклов большем числа входов один и тот же вход может вызывать переход в разные внутренние состояния в разных циклах. Каждому очередному состоянию этих блоков так же. как и в блоке 1, соответствует активный уровень на очередном выходе из числа 0'. 1', 2',..., п.

Вышеописанный порядок соединения блоков означает, что выходы предыдущего блока соединены со входами последующего блока таким образом, что после сигнала на очередном входе последующего блока, переводящем этот блок в очередное состояние у в данном цикле предыдущего блока, следующим сигналом, переводящем блок в следующее состояние (у-Ь 1) в следующем цикле предыдущего блока, является сигнал, предшествующий по циклу предыдущего блока сигналу, переводящему последующий блок в состояние ].

За счёт такого соединения блоков с указанной организацией обеспечивается экономия количества оборудования, так как не расходуются внутренние состояния блока на отображение перехода от активного уровня входа к пассивному. Блок с одним и тем же количеством внутренних состояний может фиксировать большее количество циклов предыдущего блока, т. е. при одном и том же количестве оборудования обеспечивается больший коэффициент счёта или при одинаковых коэффициентах счёта обеспечивается экономия количества оборудования.

Быстродействие достигается за счёт уменьшения количества переключаемых вентилей и практически одновременного, а не последовательного срабатывания триггеров при переходе устройства от состояния к состоянию.

Регулярность структуры обеспечивается за счёт идентичности блоков. Всё это подтверждается обоснованиями в разд. 4.1.1 и конкретной схемой рис. 4.2, на основании которой составлена обобщённая схема. Сравнение схемы, показанной па рис. 4.2, со схемой, показанной на рис. 4.1, являющейся одной из самых экономичных но количеству используемых вентилей, является яркой иллюстрацией преимущества предлагаемой модели перед традиционными структурами не только в части экономии количества оборудования, но и в части повышения быстродействия. Это подтверждается также многими примерами синтеза устройств в соответствии с предложенной моделью, приведенными далее.

Рассмотренная модель является автоматом Мили, так как выходной сигнал появляется при изменении состояния входа до изменения состояния элементов памяти |4, 8, 9]. Она может быть модифицирована в плане обеспечения последовательного и параллельного переноса информации заменой каждого из одноканальных выходов на многоканальные. При этом модель с последовательным переносом может быть реализована в виде автомата Мура, а модель с параллельным переносом также в виде автомата Мили, но без ко- нъюнктора на выходе. Далее это будет рассмотрено подробней.

Важным является также синтез устройств в рамках данных моделей с представлением информации в разных кодах (например, в коде 8421), а также других устройств циклического действия, имеющих широкое применение, что также возможно и полезно, но это выходит за рамки данной работы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >