|
Методы синтеза многоуровневых схем композиционных микропрограммного устройств управления Аль-Рабіє Аднан Ібрахім Сулейман Актуальность . Развитие интегральных схем привел к появлению программируемых логических устройств (ПЛМ, ПМЛ, ПЛИС), отличающиеся большим разнообразием характеристик. Высокая стоимость элементов этого базиса требует разработки эффективных методов уменьшения числа БИС в схемах устройств цифровых систем, в частности - в устройствах управления Устройство управления (ПК) является одним из центральных блоков цифровых систем, и во многом определяет основные характеристики системы. В настоящее время существуют эффективные методы оптимизации аппаратурных затрат в схемах ПК, реализованных в виде автоматов с «жесткой» и «программируемой» логикой. Устройство управления может быть реализован в виде композиции автоматов с «жесткой» и «программируемой »логике (А. А. Баркалов, 1983). Такие ПК называются композиционными микропрограммных устройствами управления (КМУУ) и имеют минимально возможную емкость управляющей памяти, хранящая микропрограммы. При этом существует разрыв между общей теорией синтеза и оптимизации ПК и ее применением для уменьшения аппаратурных затрат в автомате адресации КМУУ. Таким образом, актуальной является задача адаптации существующих методов оптимизации автомата с «жесткой» логике с учетом особенностей автомата адресации КМУУ с целью их эффективного применения для минимизации числа БИС в схеме КМУУ Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи разработки структур и методов синтеза логических схем композиционных микропрограммных устройств управления, ориентированные на уменьшение стоимости схемы автомата адресации и основанных на адаптации методов оптимизации автоматов с «жесткой» логикой к особенностям КМУУ Связь работы с научными программами, планами, темами . Диссертационная работа выполнена в течение 2001-2004 г.г. согласно научного направления кафедры электронных вычислительных машин Донецкого национального технического университета Цель и задачи исследований . Целью работы является минимизация числа БИС в схемах автоматов адресации КМУУ за счет применения методов структурной редукции Идея работы заключается в применении при синтезе КМУУ методов кодирования логических условий, преобразование кодов объектов и номеров переходов, адаптированных к особенностям автомата адресации Основные задачи исследований . Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: 1. Анализ существующих методов синтеза и оптимизации характеристик устройств управления, схемы которых реализуются в базисе программируемых логических устройств 2. Разработка структур и методов синтеза КМУУ с кодировкой логических условий автомата адресации 3. Разработка структур и методов синтеза КМУУ с преобразованием номеров переходов 4. Разработка структур и методов синтеза КМУУ с преобразованием объектов, под которыми понимаются состояния автомата адресации, адреса микрокоманд, коды операторных линейных цепей (ОЛЛ), коды классов псевдоеквивалентних ОЛЛ 5. Получение аналитических оценок аппаратурных затрат в схемах КМУУ при реализации их в базисе заказных матричных схем 6. Исследование разработанных структур и методов синтеза КМУУ с целью определения области их эффективного применения Объект исследования - композиционные микропрограммные устройства управления Предмет исследования - методы оптимизации аппаратурных затрат в схемах КМУУ на программируемых логических устройствах Методы исследования . В процессе исследований применялся формальный аппарат теории конечных автоматов, теории множеств и булевой алгебры. При синтезе схем использовалась методология В.М. Глушкова, детализированная в работах С.И. Баранова, О.В. Палагин, О.О. Баркалова, В.А. Склярова, В.В. Соловьева Научная новизна полученных результатов определяется следующими положениями: 1. Впервые показана возможность применения методов оптимизации автоматов с «жесткой» логикой (методов структурной редукции) для уменьшения аппаратурных затрат в автомате адресации КМУУ 2. Показано, что применение метода преобразования объектов позволяет до 40% уменьшить аппаратурные затраты в схемах КМУУ с представлением адреса микрокоманд в виде конкатенации кода ОЛЛ и адреса компонента по сравнению с ранее известными структурами 3. Впервые разработаны методы синтеза КМУУ с преобразованием номеров наборов при использовании традиционных структур КМУУ и структур с распределением кодов Практическое значение полученных результатов состоит в разработке многоуровневых структур КМУУ в базисе программируемых логических устройств, имеющих лучшие характеристики по сравнению с традиционными, а также в определении области их эффективного применения и получении аналитических зависимостей аппаратурных затрат в схемах КМУУ от параметров граф-схемы алгоритма
Личный вклад соискателя . Основные положения и результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Обоснованность и достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается корректным применением методов анализа и синтеза цифровых автоматов Апробация работы . Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, сентябрь 2003); семинарах Института прикладной математики и механики НАН Украины и кафедры ЭВМ ДонНТУ Публикации . Содержание работы отражен в 5 публикациях, в которых автору принадлежат структуры и методы синтеза КМУУ, позволяющих сократить число БИС в схеме автомата адресации микрокоманд. Из этих работ 4 опубликованы в научных журналах, один - в трудах международной конференции Реализация результатов работы . Полученные в работе результаты реализованы в виде методик синтеза КМУУ с многоуровневой структурой и использованы на кафедре ЭВМ ДонНТУ при чтении лекций, в курсовом и дипломном проектировании. |