Способы построения процессорных устройств

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Классификация цифровых устройств

Особенности работы асинхронных автоматов

Асинхронный цифровой автомат (ЦА) - длительность интервала T непостоянна и определяется моментами поступления входных сигналов, а переход автомата из одного состояния в другое осуществляется при неизменном состоянии входа. Двум последовательным интервалам Т1 и Т2 всегда должны соответствовать различные состояния входов. Для асинхронных автоматов характерно следующее:

- длительность интервалов Т является величиной переменной и определяется изменением состояния входов автомата.

- переход в новое устойчивое внутреннее состояние может осуществляться при неизменном состоянии входа.

Особенности работы синхронных автоматов

Синхронный автомат - входные сигналы действуют в строго определенные моменты времени при Т=const, определяемые генератором синхронизирующих импульсов, в которые возможен переход автомата из одного состояния в другое. Автомат может воспринимать новое состояние входа лишь после того, как перешел в определенное внутреннее состояние, следовательно, частота тактового генератора выбирается такой, чтобы до появления следующего тактового импульса автомат успел перейти в новое внутреннее состояние. Таким образом, для синхронных автоматов характерно следующее:

- такт автомата строго фиксирован и определяется характеристиками тактового генератора

- входной сигнал воздействует на автомат в строго фиксированные моменты времени

- изменение внутреннего состояния автомата осуществляется в моменты времени, когда нет изменения входных сигналов.

Достоинства и недостатки синхронных и асинхронных автоматов

Синхронный и асинхронный автомат отличаются принципиально не способом обработки событий, а тем, какой задачи работает автомат.

Синхронный автомат может синхронизировать работу других систем и обеспечивает простую и надежную синхронизацию между параллельно работающими системами.

Асинхронные автоматы позволяют системе работать самостоятельно, независимо от сигналов синхронизации.

Так же существуют автоматы Мили и Мура у каждого свои особенности.

В автомате Мили функция выходов определяет значение выходного символа по классической схеме абстрактного автомата (рис. 1). Особенностью автомата Мили является то, что функция выходов является двух - аргументный и символ в выходном канале y(t) обнаруживается только при наличии символа во входном канале x(t).

Рис.1.1 Автомат Мили

Здесь: S — множество состояний автомата

X — входной алфавит

Y — выходной алфавит

Автомат Мура

В автомате Мура функция выходов определяет значение выходного символа только по одному аргументу — состоянию автомата (рис. 2). Эту функцию называют также функцией меток, так как она каждому состоянию автомата ставит метку на выходе.

Рис.1.2 Автомат Мура

S — множество состояний автомата

X — входной алфавит

Y — выходной алфавит

δ — функция переходов

μ — функция выходов

Особенностью автомата Мура является то, что символ y(t) в выходном канале существует все время, пока автомат находится в состоянии s(t). Для любого автомата Мура существует автомат Мили, реализующий ту же самую функцию. И, наоборот: для любого автомата Мили существует соответствующий автомат Мура.

Способы построения процессорных устройств

Процессорное устройство (как и всякое сложное цифровое устройство) синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего (рис. 3).

Рис.1.3 Схема построения процессорного устройства

Центральный процессор (ЦП; также центральное процессорное устройство — ЦПУ CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции, главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором. Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.