WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 23 |

Например, при построении автоматов, реализующих вычислительные алгоритмы, к наиболее употребительным типам операций относят арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Каждая из таких операций выполняется над двумя информационными слова (числами, операндами), а ее результатом является третье информационное слово. Для указания ячеек, в которых должны храниться эти слова, необходимо иметь три адреса, то есть целесообразно использовать трехадресные команды из соответствующей системы команд.

В наиболее сложных программах необходимо предусмотреть определенный порядок следования команд. Различают два вида порядка следования команд: естественный и принудительный. При естественном порядке после выполнения каждой очередной команды выполняется команда, расположенная в следующей по порядку ячейке памяти. В случае принудительного порядка осуществляется переход к следующей команде, по заданному адресу, указанному в адресной части текущей (выполняемой) команды.

5.2. Система команд автоматов, реализующих выполнение алгоритма Обычный рабочий цикл программного автомата, выполняющего трех- или четырехадресные команды, состоит из следующих шагов:

1) выборка из памяти первого информационного слова А (по первому адресу команды);

2) выборка из памяти («чтение») второго информационного слова В (по второму адресу команды);

3) выполнение операции над выбранными словами А и В в соответствии с кодом операции выполняемой команды и получения результата операции, – некоторого слова С;

4) запись результата (т. е. слова С) в память (по третьему адресу команды);

5) выборка из памяти следующей команды (в случае трехадресной системы эта выборка производится из следующей по порядку ячейки памяти, в случае четырехадресной системы – из той ячейки памяти, которая указана в четвертом адресе выполняемой команды).

В ряде случаев удобно считать, что рабочий цикл автомата начинается с выборки из памяти той команды, которая должна выполняться на последующих шагах цикла.

Рабочий цикл автоматов в случае команд малой адресности (т. е. одноадресных или двухадресных) занимает лишь некоторую часть описанного цикла.

Так, в случае одноадресной системы команд с естественным порядком их следования в течение одного обычного рабочего цикла выполняется либо чтение, либо запись (в соответствии с кодом операции) информационного слова в памяти автомата (по адресу, указанному в команде) и выборке следующей по порядку команды. Описанный выше нормальный трехадресный цикл может быть выполнен, очевидно, в течение трех одноадресных циклов.

5.3. Набор операций автомата Важной особенностью современных универсальных программных автоматов является наличие у них таких операций, которые позволяют изменять адресную часть команд программы, то есть менять порядок следования команд в зависимости от результатов, полученных после выполнения операций над информационными словами.

Выполнение операций первого вида, называемых операциями переадресации, приводит к выполнению операций второго вида – операций условного перехода. Операцию переадресации можно задать трехадресной командой, в первом адресе которой указывается адрес переадресуемой команды, во втором – константа переадресации, (адрес переадресуемой команды), а на месте третьего адреса записывается адрес ячейки, указывающий на переадресованную команду. На практике удобно пользоваться различными константами переадресации, однако, в данном случае достаточно рассматривать переадресации лишь на ± 1.

Операция условного перехода задается трехадресной командой. При выполнении этой команды, слово, выбранное по первому адресу команды, сравнивается с выбранным словом второго адреса. В случае несовпадения выбранных слов выбирается следующая по порядку команда, а в случае совпадения – команда, находящаяся в ячейке по адресу, указанному в третьем слове трехадресной команды условного перехода. Определенную таким образом операцию называют операций условного перехода по точному совпадению слов.

Для построения универсальных программных автоматов большое значение имеют еще три операции, а именно операции пересылки, ввода и вывода.

Операция пересылки может быть реализована в виде двухадресной команды, при выполнении которой слово, выбранное из ячейки первого адреса команды, пересылается в ячейку по второму адресу команды. При использовании команд с большим числом адресов остальные адреса не учитываются.

Операция ввода. При выполнении этой операции информация (в виде последовательности слов), подаваемая на специальное вводное устройство, записывается в последовательно расположенные ячейки памяти (начиная с некоторой заданной ячейки). Обычно оказывается целесообразным использовать адресную часть команды для указания ячейки, в которую заносится первое вводимое слово.

Операция вывода состоит в выводе из автомата через специальное выводное устройство последовательно, слово за словом, содержимого всех ячеек памяти авто мата, адреса которых заданы в интервале чисел а и b. Эти числа указываются в двух адресах команды, реализующей операцию вывода.

5.4. Состав и назначение элементов блок-схемы Блок-схема универсального программного автомата для реализации арифметических и логических операций может состоять из пяти основных блоков (рис. 5.1):

- запоминающего устройства (ЗУ);

- арифметико-логического устройства (АЛУ);

- устройство управления (УУ);

- вводного устройства (ввод);

- выводного устройства (вывод).

ЗУ Ввод ВЗУ ОЗУ АЛУ Вывод Устройство управления Рис. 5.1. Блоки универсального программного аппарата Рассмотрим особенности построения таких универсальных программных автоматов.

При необходимости память универсальных автоматов включает два блока:

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешнее запоминающее устройство (ВЗУ).

Каждый из указанных блоков имеет свое особое назначение и выполняет определенные функции в работе автомата.

ОЗУ – предназначено для запоминания (записи) и хранения информации (информационных и программных слов) и характеризуется возможностью быстрого (оперативного) извлечения (чтения) записанной информации и пересылки ее в другие блоки в соответствии с сигналами, поступающими из устройства управления (УУ).

ВЗУ – предназначено для относительно длительного хранения информации и передачи в ОЗУ той информации, которая требуется в соответствии с сигналами, поступающими из УУ. Обычно обмен информацией между ОЗУ и ВЗУ осуществляется не посредством пересылки однозначных слов, а посредством передачи целых групп слов, называемых массивами.

АЛУ – предназначено для выполнения арифметических и логических операций над информационными словами, поступающими в него из ОЗУ по сигналам, выраба тываемым УУ. Результаты этих операций с помощью других сигналов УУ передаются на хранение в ОЗУ.

Устройство ввода осуществляет (по соответствующему сигналу УУ) ввод информации (информационных и программных слов), хранимой вне автомата на специальных накопителях. Данная информация поступает в ОЗУ либо непосредственно, либо после предварительного прохождения через АЛУ.

Устройство вывода служит для вывода информации на различные периферийные устройства.

УУ – координирует действия всех остальных устройств автомата.

В синхронных автоматах в состав устройства управления входит тактирующий генератор, задающий (с какой-либо постоянной частотой) моменты изменения состояний отдельных блоков автомата. Частота сигналов, выдаваемых этим генератором, называется рабочей частотой универсального автомата. В современных быстродействующих универсальных автоматах эта частота измеряется сотнями МГц.

5.5. Общий алгоритм функционирования Обозначая направление передачи информации от одного блока к другому с помощью стрелок, можно представить блок-схему универсального программного автомата так, как это было изображено на рис. 5.1. Стрелки, показанные на этом рисунке от УУ к другим блокам, означают направление передачи соответствующих управляющих сигналов. Стрелка из ОЗУ в УУ соответствует передаче команд от ОЗУ к УУ, где они подвергаются расшифровке и исполнению.

Отметим, что хотя каждый канал передачи информации от одного блока к другому обозначен только одной линией, в действительности это может быть много линий, образующих ряд параллельных каналов.

Возможны два различных способа передачи информационных и программных слов между блоками автомата. Один способ позволяет передавать каждый разряд кода слова с использованием отдельного физического канала, называемого обычно шиной, так что передача всех разрядов кода производится одновременно.

При другом способе передачи слов все разряды кода передаются по одному и тому же физическому каналу (шине) последовательно, один за другим.

Программные автоматы, в которых осуществлен первый способ передачи кодов, называются параллельными, а автоматы, в которых имеет место второй способ передачи кодов, называются последовательными. Возможны, разумеется, и смешанные (параллельно-последовательные) системы передачи кодов в автомате.

5.6. Основные характеристики автоматов Скорость работы универсальных программных автоматов измеряется обычно числом рабочих циклов, выполняемых автоматом в течение одной секунды. Часто различные рабочие циклы (например, циклы, соответствующие командам сложения и умножения) имеют различную длительность, поэтому при определении быстродействия автомата прибегают к подсчету среднего числа циклов (команд), выполняемых им в единицу времени. При этом в большинстве случаев не учитывают команды ввода, вывода и обмена информацией между ОЗУ и ВЗУ, так как предполагается, что машина (автомат) работает все время с ОЗУ.

Быстродействие универсального автомата, подсчитанное при условии работы автомата с ОЗУ и выраженное средним числом операций (команд), выполняемых автоматом в течение одной секунды, будем называть номинальным быстродействием этого автомата.

Номинальное быстродействие не определяет, как правило, реального времени, которое необходимо затратить, решая с помощью универсального автомата ту или иную задачу. Для подсчета реального времени решения задачи нужно учитывать время, затрачиваемое на ввод и на вывод информации, потери времени за счет обращения к ВЗУ (работающему значительно медленнее, чем ОЗУ), потери времени на многократное повторение решения для получения ответа с заданной степенью надежности и, наконец, средние потери времени за счет таких факторов, как профилактический ремонт и устранение возникающих в процессе работы неисправностей.

Также необходимо учитывать различную сложность операций, выполняемых автоматом. Устанавливая те или иные весовые коэффициенты для различных операций, получим возможность выражать все операции через какую-нибудь одну операцию (например, сложение), принимаемую в качестве стандартной операции.

Быстродействие универсального автомата, выраженное числом выполняемых им в единицу времени (секунду) стандартных операций будем называть эффективным быстродействием этого автомата.

Очевидно, что определенное таким образом эффективное быстродействие зависит от задачи, которая решается автоматом. Для определения среднего эффективного быстродействия автомата можно воспользоваться следующим приемом. Прежде всего выделяются: конечное множество М типовых задач R1,…, Rn, решаемых автоматом А, эффективное быстродействие V1, V2, …,Vn автомата по каждой из этих задач и вероятности P1, …, Pn введения в автомат каждой из данных задач R1, …, Rn, (в процентном отношении времени, занимаемого каждой из них, от общего времени работы автомата А). Далее предполагается, что P1 + P2 +… + Рn = 1, тогда среднее эффективное быстродействие V автомата А на множестве задач М определяется по формуле:

P P P 1 2 n = + +... +.

V V1 V2 Vn Среднее эффективное быстродействие представляет собою универсальный критерий эффективности программного автомата, ибо он определяет фактическую его производительность и характеризует усредненным образом все блоки автомата.

5.7. Устройство управления микропрограммным автоматом Задачей устройства управления является, во-первых, управление последовательностью микроопераций в АЛУ и в ОЗУ, во-вторых, управление последовательностью собственных микроопераций. Для установления набора микроопераций УУ зафиксируем, прежде всего, количество и характер работы используемых в нем регистров.

Важнейшим из регистров УУ (и всего автомата в целом) является так называемый регистр команд (РК). Для трехадресных команд этот регистр «условно» можно разделить на четыре регистра:

- регистр операций (РО), регистрирующий (запоминающий) код операции выполняемой команды;

- регистры первого, второго и третьего адреса (РА1, РА2, РА3), которые позволяют запомнить соответственно первый, второй и третий адреса, необходимые выполняемой команде.

Другой важной составной частью УУ является счетчик команд (СК), предназначенный для хранения адреса ячейки ОЗУ, из которой должна извлекаться очередная команда программы. Наконец, имеется еще регистр микроопераций (РМО), заменяемый иногда счетчиком микротактов (СМТ).

Счетчик микротактов реализуется всегда как циклический (замкнутый) счетчик, что же касается счетчика команд, то он может быть и незамкнутым.

Как следует из общего принципа программного управления, чтобы обеспечить управление работой всех устройств (включая и само устройство), УУ должно осуществлять автоматическую выборку команд из ОЗУ, а также их расшифровку и выполнение. С этой целью в набор микроопераций УУ должны быть включены следующие микрооперации:

1) передача кода (программного слова) из регистра числа ОЗУ на регистр команд;

2) передача первого адреса из РА в регистр адреса ОЗУ;

3) передача второго адреса из РА в регистр адреса ОЗУ;

4) передача третьего адреса из РА в регистр адреса ОЗУ;

5) посылка импульса в счетчик команд (увеличение номера команды на 1);

6) очистка регистра команд и регистра микроопераций;

7) передача третьего адреса из РА в счетчик команд;

8) передача содержимого счетчика команд в регистр адреса ОЗУ.

Восьмая микрооперация дает возможность реализовать операцию условного перехода.

Для организации управления последовательностью микроопераций строится конечный автомат М с регистровой памятью в виде регистра микроопераций. Выходные сигналы этого автомата представляют собой импульсы управления микрооперациями, посылаемые по одному или одновременно по нескольким из каналов управления микрооперациями (с изменением набора микроопераций меняется вообще говоря, и число этих каналов).

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 23 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.