Задачи анализа и синтеза комбинационных схем .

В общем виде задача анализа,комбинационных схем сводится к определению функции,реализуемой заданной схемой,в частном случае задача анализа состоит в определении реакции заданной схемы на определенную комбинацию входных сигналов.

Для определения функции схемы целесообразно использовать метод подстановки,его идея состоит в следующем: Выходы логических элементов обозначаются последовательно продвигаясь от выхода схемы к входам, осуществляют подстановку в выходную функцию промежуточных переменных, как аргумент, до тех пор,пока в выражении функции все промежуточные переменные не будут заменены на входные переменные:

                         __

y=y₁v y₂= ₄v y₃y₆=x₁x₂v(y₄v y₅)x₄x₅=

___

=x₁x₂v(x₁x₂v ₃)x₄x₅

Определим реакцию схемы на входной набор.

Например (00000) у=1

Задача синтеза состоит в построении комбинационной схемы по заданному закону функционирования.

При решении этой задачи необходимо учитывать следующие моменты:

1) Синтезируемая схема должна по возможности содержать минимум оборудования. В связи с этим актуальной задачей является минимизация заданной булевой функции. При решении этой задачи целесообразно получить как МДНФ так и МКНФ.

2) Как правило,синтезируемая схема строится на логических элементах,принадлежащих некоторому базису. Естественно,что используемая система элементов должна обладать свойством функциональной полноты,то есть быть достаточной для построения на ее основе комбинационной схемы,реализующую любую наперед заданную булеву функцию. Такими функционально полными системами логических элементов являются: 1.{И,ИЛИ,НЕ} 2.{И,НЕ}                                   3.{ИЛИ,НЕ}  4.{И-НЕ}                                       5.{ИЛИ-НЕ}  6.{И,М2}

3) Как правило при решении задачи синтеза стараются добиться экстремального значения одного из параметров схемы:минимум цены или максимум быстродействия (минимум задержки).В тех случаях,когда критерием эффективности схемы является минимум цены по Квайну над минимальными формами проводят дополнительные преобразования,путем решения задач факторизации и возможно декомпозиции булевой функции. Как правило минимальная форма не дает абсолютного минимума стоимости,чего можно добиться решением задач факторизации и декомпозиции.  Если критерием эффективности схемы является минимальная задержка,то следует иметь в виду,что факторное преобразование и декомпозиция булевой функции в общем случае уменьшает цену схемы и увеличивает ее задержку. В более сложном случае схема оптимизируется по одному из показателей при наличии ограничения на второй. Примером подобной постановки задачи синтеза является: Синтезировать схему с минимальной ценой по Квайну,чтобы ее задержка не превышала 4t.

4) Необходимо учитывать,в каком виде представлены входные сигналы схемы: только в прямом или и в прямом и в обратном.                         В первом случае строится комбинационная схема с однофазными входами. Во втором случае с парафазными.   В реальных комбинационных схемах входные сигналы представляют собой значение выходов регистров.                   Например при построении комбинационного сумматора входные сигналы снимаются с регистров слагаемого. При интегральной реализации регистров в виде СИС в целях минимизации числа выходов выходные сигналы регистров как правило представляются только в прямом виде,что делает актуальными схемы с однофазными входами.

5) При построении схем в реальной системе элементов необходимо учитывать ряд конструктивных ограничений,основными из которых являются:                                                     

а) Коэффициент объединения по входу, который представляет собой ограничение на число входов в элемент. Может принимать значения 2,3,4,8,16.

б) Коэффициент разветвления по выходам который определяет максимальное число логических элементов, которые можно подключить к выходу элемента в условиях его нормального функционирования. Этот коэффициент определяет нагрузочную способность. Варьируется от 10 до 30.

6) В реальных системах элементов однотипные элементы объединяются в модули,реализуемые одной интегральной схемой с малым уровнем интеграции(МИС). В связи с этим при построении схем в реальной системе элементов необходимо минимизировать не столько число элементов и входов в них сколько число модулей,из которых компонуется схема.

7) Как правило в большинстве реальных систем элементов наряду с простыми логическими элементами используются также сдвоенные элементы реализующие составную булеву функцию. Типичным примером может служить элемент И-ИЛИ-НЕ.

8) В реальных системах элементов как правило используется значительное разнообразие логических элементов, относящихся к разным базисам. Тем не менее построение схемы в рамках определенного базиса является достаточно актуальной задачей, так как позволяет уменьшить номенклатуру используемых элементов.