Technische Grundlagen der Informatik

„Technische Grundlagen der Informatik (TGI)“
Prof. Dr. R. Latz
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Zustandsautomaten1als Steuerwerke, mikroprogrammierte Steuerwerke
Zustandsautomaten werden dazu verwendet um Steuerwerke zu realisieren.
Steuerwerke steuern den Ablauf eines oder mehrerer Vorgänge. Zur
Implementierung von Steuerwerken stehen grundsätzlich drei unterschiedliche
Möglichkeiten zur Verfügung:
1.) Die Schaltfunktionen, die mittels Synthese ermittelt werden, werden als
Netzliste in eine Hardware umgesetzt, d. h. es liegt dann eine fest
„verdrahtete“ Hardware vor. Eine solche Lösung wird angewendet,
wenn ein schnelles und nicht zu großes Steuerwerk gewünscht wird,
das nicht mehr angepasst werden muss.
2.) Das Steuerwerk wird als Mikroprogrammsteuerwerk realisiert. Hierbei
werden die Schaltfunktionen durch die „Programmierung“ von Festwertspeichern,
die unter Umständen wiederprogrammierbar sind,
realisiert. Diese Methode wird bei sehr großen Schaltwerken angewendet.
Diese Schaltwerke können bei der Verwendung von wiederprogrammierbaren
Festwertspeichern auch leicht abgeändert werden.
Ein solches Steuerwerk arbeitet in der Regel langsamer als ein fest
„verdrahtetes“ Steuerwerk, da ein Lesevorgang relativ lange dauert.
3.) Realisierung des Steuerwerkes mittels einmal oder mehrfach
„programmierbarer“ Logikbausteine wie: CPLD’s (Complex
Programmable Logic Devices ) oder FPGA’s ( Field Programmable
Gate Arrays). Die Verwendung von mehrfach „programmierbaren“
Bausteinen erlaubt die Realisierung sehr schneller Steuerwerke, die bei
Bedarf an eine geänderte Aufgabenstellung angepasst werden können.
Sie erlauben damit eine Kompromisslösung zwischen den fest
verdrahteten und mikroprogrammierten Steuerwerken zu realisieren.
Mikroprogrammierte Steuerwerke
Bei mikroprogrammierten Steuerwerken kommen Festwertspeicher zum
Einsatz, die, wenn sie nur einmal beschrieben werden können, als ROMs
(Read Only Memorys) bezeichnet werden. In den Speicherzeilen der
ROMs wird eine sogenannte Mikroinstruktion, die den Folgezustand und
die Werte der Steuervariablen zum jeweilig aktuellen Zustand enthält,
gespeichert. Zum Auswählen der jeweiligen Speicherzeile dient ein
Adressdekoder. Die Adresse setzt sich aus dem aktuellen Zustand und den
Statusvariablen als Eingangsvariablen zusammen.
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© R. Latz