Werner Grass

Darstellung der Ausgangsfunktionen

Wahrend die Maskierung von Eingangsvariablen die Reduktion des Adressenbedarfs ermoglichte, gelten die folgenden Betrachtungen der Reduktion der notwendigen Wortlange. Nach Bild 3.2 wird ein wesentlicher Anteil dieser Wortlange fur die Abspeicherung des Ausgangsverhaltens benotigt. In diesem Kapitel wollen wir uns daher mit Moglichkeiten zur redundanzarmen Darstellung der Ausgangsfunktionen beschaftigen.

Ermittlung einer von mehreren möglichen Folgeadressen durch einen Zähler

Um den Grundgedanken der Zahlerbestimmung von Folgeadressen nahezubringen, behandeln wir zunachst eine sehr einfache Problemstellung:

Serialisierung der Abfrage von Eingangsvariablen

In vielen Aufgabenstellungen kann man die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit der elektronischen Bauelemente in den Steuerwerken nicht ausnutzen, da die gesteuerten Werke vergleichsweise langsam arbeiten. Dies gilt grundsatzlich fur mechanische Werke wie Werkzeugmaschinen, Aufzuge, Waschmaschinen und dergleichen. Man sucht daher fur diese Anwendungsfalle nach Moglichkeiten, die geringen Anspruche an die Verarbeitungsgeschwindigkeit in eine Verringerung der Bausteinkosten zu transformieren. In diesem Zusammenhang sei an ein Prinzip erinnert, das haufig bei der Erstellung von Rechnerprogrammen ausgenutzt wird, namlich der Austauschbarkeit des Bedarfs an Speicherplatz und an Rechenzeit. Last man eine langere Rechenzeit zu, dann braucht man weniger Zwischenergebnisse abzuspeichern.

Standardbausteine für RAM-Schaltwerke

In diesem Kapitel werden die spater verwendeten Bausteine angegeben und ihre Eigenschaften zusammengestellt. Es ist jedoch nicht Aufgabe dieser Darstellung, den inneren Aufbau integrierter Schaltungen zu erlautern.

Serialisierung des Ausleseprozesses

In Kapitel 8 wurde erstmals die Moglichkeit naher untersucht, die von der Problemstellung gegebenenfalls zugelassene geringe Verarbeitungsgeschwindigkeit in eine Verminderung der Bausteinkosten umzusetzen. Dort verteilte man die Abfrage der fur einen Zustand relevanten Eingangsvariablen auf mehrere Taktzeiten des Steuerwerks. Die nach der Abarbeitung der jeweiligen Eingabebelegung interessierenden Informationen uber den Folgezustand und die Ausgabebelegung blieben nach wie vor in einem Speicherwort abgelegt.

Der Zustandsteil von Moore-Schaltwerken

In Kapitel 4 war gezeigt worden, wie eine Schaltwerksaufgabe in Mealy-Form durch eine rein formale Transformation in eine Moore-Form gewandelt werden kann. Fur das Beispiel der Trommelspeichersteuerung war zur Erlauterung von Algorithmus 1 eine solche Transformation durchgefuhrt worden. Dabei weist die Moore-Tabelle die folgenden entscheidenden Unterschiede im Vergleich zur Mealy-Tabelle auf.

Darstellung von Aufgabestellungen

In Kapitel 1 wurden bereits die hier betrachteten Schaltwerkstypen auf Steuerwerke eingeschrankt. Die Beschreibung des Entwurfsprozesses von gesteuerten Werken ist in dem Buch von S. Wendt [1] ausfuhrlich dargestellt. Die gesteuerten Werke heisen dort Operationswerke. Auf dem Inhalt dieses Buches aufbauend braucht die Transformation von einer verbalen Aufgabenstellung in ein Ablaufdiagramm fur ein Steuerwerk hier nicht behandelt zu werden. Ausgangspunkt der folgenden Entwurfsalgorithmen ist daher ein gegebenes Ablaufdiagramm.

Vorstellung verschiedener Strukturen von RAM-Schaltwerken

Dieses Kapitel stellt Strukturen vor, die spater genauer untersucht werden. Die globale Betrachtung wird vorangestellt, damit das eigentliche Ziel der spater beschriebenen Entwurfsmethoden nicht in der Beschreibung der detaillierten Vorgehensweisen verloren geht. Dabei ist durchaus eingeplant, das bezuglich der Bereichsunterteilung des Speichers oder seiner Adressierung Fragen zunachst offenbleiben, deren Klarung spateren Kapiteln vorbehalten ist.

Maskierung von Eingangsvariablen

Die in Kapitel 3.2 bereits vorgestellte Moglichkeit der Maskierung von Eingangsvariablen soll nun naher betrachtet werden. Das Prinzip der Eingangsmaskierung besteht ja darin, die Eingangsleitungen des Steuerwerks nicht mehr direkt mit den Adresleitungen des Speicherbausteins zu verbinden, sondern nur die fur die Auswahl der gerade gewunschten Steuerinformation notwendigen Entscheidungssignale auf diese Adresleitungen zu schalten. Hierzu dienen Multiplexerbausteine.

Zustandskodierung bei Mealy-Schaltwerken

Bereits im Kapitel 3 in den Bildern 3.2 und 3.5 wurde zwischen Schaltwerken vom Mealy- und Moore-Typ unterschieden. Beim Vergleich der beiden Bilder fallt auf, das die Ermittlung der jeweiligen Folgezustande (q 1 v+1 ⋯ Q n v+1 ) im Mealy-Schaltwerk anders erfolgt als im Moore-Schaltwerk. Dagegen ist das Auswahlen relevanter Eingangsvariablen uber Multiplexerbausteine in beiden Anordnungen gleich. So konnen die in Kapitel 6 und 8 vorgestellten Methoden fur beide Schaltwerkstypen eingesetzt werden. Auch fur die in Kapitel 7 besprochenen Moglichkeiten zur Reduktion der Wortlange des Ausgabeteils ist ohne Belang, ob ein Moore- oder ein Mealy-Schaltwerk entworfen werden soll. Erstmals bei der Behandlung des Folgezustandsteils mus eine getrennte Diskussion der beiden Alternativen durchgefuhrt werden. In diesem Kapitel wollen wir uns mit Mealy-Schaltwerken beschaftigen.