[科普中国]-随机逻辑

把单个芯片( one chip)内的逻辑元件经过适当组合,实现一定的逻辑电路,称为随机逻辑( random logic)。即使简单的逻辑电路用1个IC芯片也不一定够,常常要将从数个芯片中的某一部分元件组合在一起实现所需逻辑功能,为避免浪费应尽量减少所用IC芯片的个数。

随机逻辑控制原理随机逻辑控制器的基本原理随机组合逻辑控制器是早期设计计算机的一种方法,这种方法是把控制部件看做是产生专门固定时序控制信号的逻辑电路,而此逻辑电路以使用最少元件和取得最高操作速度作为设计目标。一旦控制部件构成后,除非重新设计和物理上对它重新接线,否则要想增加新的控制功能是不可能的。当执行不同的机器指令时,通过激活一系列彼此很不相同的控制信号来实现对指令的解释,其结果使得控器往往很少有明确的结构而变得杂乱无章。结构上的这种缺陷使得组合逻辑控制器的设计和调试非常复杂且代价很大。正因为如此,组合逻辑控制器逐步被微程序控制器或PLA控制器所代替。

随机逻辑控制器用硬联控制部件产生微操作控制信号。操作控制信号的产生,由下列因素决定:

(1)IR中现行指令码的功能特性。

(2)控制时序部件产生的定时信号。

(3)其他部件送来的状态标志信息(S)及条件码置位情况。

微操作控制信号就是在以上输入条件综合决定下的逻辑函数,即:Ci=F((1),(2),(3))。

随机逻辑控制设计步骤一般采用的方法如下:

(1)编制各条指令的操作流程。在编制流程时,尽量注意各类指令执行时的共性要求。把共性的操作,在不影响逻辑正确的原则下,尽量安排在相同的控制时序阶段中。

(2)编排微操作时序表。这一步工作是指令流程图的进一步具体化。根据各条指令的流程图,给每个微操作动作安排合理的执行时间。操作时序表,通常是一张两维的表格,x方向是3级时序,y方向是指令,x,y坐标交点(xi,yi)是要执行的微操作控制。

指令系统中的每条指令都要安排在表上,毎一个微操作也不能遗漏。对指令的每一个细节要求,均要在时序上作具体的安排,具体到确定的周期、节拍及时标脉冲上。这是项很复杂很细微的设计工作。要求设计者对机器的整体结构,每条指令实现的算法,数据通路,运算器的最长运算时间及内存特性等均要很熟悉。在这种设计过程中,往往需要对总体方案结构等前提设计的合理性进行必要的权衡。

(3)对微操作时序进行逻辑综合,化简。对汇总的指令微操作时序表,需进行归类,综合,化简。根据微操作时序表可以写出各操作控制的逻辑函数表达式。

显然,汇总成的微操作时序表,反映了机器各条指令的执行逻辑控制。对表进行综合后的逻辑表达式总是“与-或”关系式。

按照最后得到的逻辑表达式组,可用一系列组合逻辑电路加以实现。

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本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所