WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 23 |

На вход автомата М поступают входные сигналы (сигналы обратной связи, подаваемые из АЛУ), представляющие собой выходные сигналы триггеров регистра операций (операционные входы). Кроме того, имеется один импульсный тактирующий вход, задающий тактировку (разбиение времени на микротакты) автомата М и всего универсального программного автомата в целом.

Для синхронного автомата импульсные тактирующие сигналы вырабатываются специальным синхронизирующим генератором, работающим с постоянной частотой.

Можно построить автомат М как асинхронный автомат, тогда после выдачи выходного сигнала для выполнения очередной микрооперации автомат переходит в состояние ожидания ответного сигнала от соответствующего устройства, свидетельствующего об окончании выполнения этой микрооперации. Ответные сигналы и будут играть роль тактирующего сигнала. Длительность микротактов при этом будет неодинаковой.

Задача организации управления микрооперациями любого универсального программного автомата Q есть задача синтеза соответствующего автомата М, который будет называться микропрограммным блоком.

Синтез микропрограммного блока в общем случае осуществляется с помощью методов синтеза автоматов, рассмотренных ранее.

5.8. Формирование адреса микрокоманд В автоматах с программируемой логикой микрокоманды содержат адресную часть, позволяющую определять номера ячеек ПЗУ, к которым обращаются адресуемые микрокоманды. Способ адресации микрокоманд задает правило определения адреса следующей микрокоманды. Используются два основных способа адресации:

принудительная и естественная адресация.

Принудительная адресация сводится к указанию в каждой микрокоманде адреса следующей микрокоманды. Этот способ реализован в управляющем автомате (рис. 5.2), который работает по микропрограмме, представляющей собой последовательность микрокоманд. Структура микрокоманды (МК) представлена на рис. 5.3.

Для хранения микрокоманд используются ПЗУ емкостью (Р+1) k-разрядных слов. Управляющий сигнал ЧТ инициирует операцию чтения слова МК: = +ПЗУ[A], в результате выполнения которой из ячейки ПЗУ с адресом А в регистр МК считывается микрокоманда. Выбранная из ПЗУ микрокоманда обрабатывается следующим образом. Поле Y дешифрируется ДШ Y и выходной управляющий сигнал yi с дешифратора поступает в операционный автомат, возбуждая в нем выполнение заданной микрооперации.

Данная структура микрокоманды в каждом такте может выполнять не более одной микрооперации.

После выполнения микрооперации осуществляется переход к следующей микрокоманде, адрес которой определяется полем А0 или А1 в зависимости от значения поля Х и логических условий х1,…, хL, формируемых в операционном автомате.

Если Х 0, то адрес А назначается равным А0 или А1 в зависимости от значения Хх, выделенного полем Х : А = А0, если Хх = 0 или А = А1, если Хх = 1. Условно считается, что логическое условие х0 тождественно нулю. Поэтому при Х = адрес А = А0. Это правило вычисления адреса следующей микрокоманды реализуется схемой, состоящей из дешифратора ДШХ, подсхемы И-ИЛИ и элемента НЕ, на выходе которых формируются управляющие сигналы а0 и а1, инициирующие передачу А := А0 и А := А1 соответственно.

Таким образом к окончанию такта на адресной шине А будет сформирован адрес следующей микрокоманды, выбираемой из ПЗУ в очередном такте.

Перед началом работы управляющего автомата регистр микрокоманды МК устанавливается в нулевое положение, в результате чего адрес А = 0 и первой будет выбрана микрокоманда, хранимая в нулевой ячейке ПЗУ.

Запуск автомата приводится сигналом В, который переключит триггер Т в состояние 1, в результате чего синхронизирующий сигнал С поступает на управляющий вход ЧТ, возбуждая в каждом такте процесс чтения микрокоманды из ПЗУ. В последнем такте реализации микропрограммы триггер Т должен быть переключен в состояние 0.

y y y x1x2 xL 1 м F & 1 2... М М+1 ДШ Х 1 Х Х xx 2 & 1 o ДШ Y...

...

L & Y X A0 Al 1 m 1 1 p 1 p ааR T o B S & 1 К Чт ПЗУ [0 : p] C 1 A p Рис 5.2. Управляющий автомат с принудительной адресацией и двумя адресными полями Y X A0 A1 m 1 p 1 p 1 p Рис 5.3. Структура микрокоманды Для этого в системе микроопераций вводится дополнительная микрооперация Ум+1, которая интерпретируется в виде сигнала F, останавливающего работу управляющего автомата.

Адрес следующей микрокоманды определяется в зависимости от кода Х и значения Хх либо полем А0, либо полем А1.

С целью сокращения длины микрокоманды для формирования адреса следующей микрокоманды может отводиться единственное поле А. Если поле Х = 0, то значение А, безусловно, определяет адрес следующей микрокоманды. Если Х 0, то адрес следующей микрокоманды равен (А + Хх), где Хх – значение логического условия с номером Х. В результате этого реализуется условный переход:

если Хх = 0, то к микрокоманде с адресом А;

если Хх = 1, то к микрокоманде с адресом (А+1).

Указанный порядок формирования адреса реализуется схемой на рис. 5.4.

Исполнительный адрес А1= А + Хх формируется счетчиком КСЧ комбинационного типа.

Введение счетчика в схему уменьшает быстродействие автомата, поскольку длительность такта должна быть увеличена на время выполнения микрооперации счета в p-разрядном счетчике.

При естественной адресации адрес следующей микрооперации принимают равным увеличенному на единицу адресу предыдущей микрокоманды, т. е. если А – адрес выполняемой микрокоманды, то следующая микрокоманда выбирается из ячейки с адресом (А + 1).

xL x2 xX x 1 & ДШ Х 2 &......

L & +Х A КСЧ МК 1 1 p 1 р l ЧТ ПЗУ 1 А1 р Рис. 5.4. Управляющий автомат с принудительной адресацией и одним адресным полем Естественный способ адресации не требует введения адресного поля в каждую микрокоманду. Если микрокоманды следуют в естественном порядке, а процесс адресации реализуется счетчиком адреса микрокоманды, состояние которого увеличивается на единицу после чтения очередной микрокоманды. Следовательно, микрокоманды, которые задают функциональные преобразования, состоящие из набора микроопераций могут содержать только операционную часть с полями Y1, Y2, …, YМ.

После выполнения микрокоманды с адресом А может возникнуть необходимость в переходе к микрокоманде с адресом В А+1. Переход может быть безусловным или зависеть от текущего значения Хх. Условные переходы реализуются следующим образом:

если Хх = 0, то выполняется следующая микрокоманда с адресом (А+1);

если Хх = 1, то следующей выполняется микрокоманда с адресом В.

При естественной адресации обычно используются микрокоманды двух типов:

операционные и управляющие.

Операционная микрокоманда задает набор микроопераций Y1,Y2,…,YМ и указывает на адрес следующей микрокоманды, равный (А+1). Управляющие микрокоманды используются для изменения естественного порядка следования микрокоманд, что сводится к выполнению безусловных и условных переходов. Управляющая микрокоманда содержит поле Х, определяющее номер логического условия, и поле В, определяющее адрес следующей микрокоманды. Если Х = 0, то адрес следующей микрокоманды безусловно равен В. Для выделения операционных и управляющих микрокоманд в управляющем слове вводится одноразрядное поле признака Р, определяющего тип микрокоманды: если Р = 0, то микрокоманда является операционной;

если Р = 1 – управляющей. Возможная структура рассмотренных управляющих слов изображена на рис. 5.5.

а) Y1 Y2 YР = 1 m1 1 m2 1 mб) Х В Р = 1 l 1 р Рис. 5.5. Структура операционной (а) и управляющей (б) микрокоманды Автомат, работающий с микрокомандами (рис. 5.5) строится по схеме (рис. 5.6).

Дешифраторы ДШ1, ДШ2, ДШ3, на выходе которых формируются управляющие сигналы у1, y2,…, ym, стробируются сигналом Р, принимающим значения 0 при выполнении операционной микрокоманды. ДШХ стробируется сигналом Р = МК(1), равным 1 при обработке управляющей микрокоманды. Адрес микрокоманды хранится и преобразуется на СЧА, с которым связаны микрооперации z1: СЧА := СЧА +1 и z2: СЧА : = СЧА : = В.

.

y1 y2 … yi yin …. yj yin y2 … ym.........

x1 x2 xL ДШ1 ДШ2 ДШz P ДШ 1 & Х o 2 &...

...

l 01 m1 1 m2 1 m3 & L МК ЧТ ПЗУ z o & СЧА +1 z 1 р Рис. 5.6. Управляющий автомат с естественной адресацией Сравнение вариантов реализации управляющих автоматов на основе ПЗУ: принудительная адресация и два адресных поля; принудительная адресация и одно адресное поле; естественная адресация показывает, что наименьшую разрядность ПЗУ обеспечивает вариант с использованием естественного способа адресации Контрольные вопросы 1. Принцип микропрограммного управления автомата.

2. Система команд автоматов, реализующих вычислительные алгоритмы.

3. Набор операций автомата.

4. Состав и назначение элементов блок-схемы универсального микропрограммного автомата.

5. Общий алгоритм функционирования универсального микропрограммного автомата.

6. Основные характеристики автоматов.

7. Устройство управления микропрограммным автоматом.

8. Формирование адреса микрокоманд.

6. Проблемы отображения времени при проектировании 6.1. Модель тактируемого дискретного автомата Сложное дискретное устройство будем рассматривать как композицию управляющего и операционного устройства. Операционное устройство в свою очередь является композицией регистров и формеров, которые опосредствуют взаимодействие регистров. Формерами называют любую комбинационную схему, предназначенную для преобразования информации.

Управляющее устройство – это композиция автоматов, каждый из которых также состоит из регистров и формеров. Выходные сигналы операционного устройства являются входными сигналами управляющего и, наоборот, выходные сигналы управляющего устройства являются входными сигналами операционного.

В качестве модели дискретного устройства, позволяющей рассмотреть временные явления, выберем модель дискретного автомата, изображенную на рис. 6.1.

Справа представлено операционное устройство (ОУ) в составе регистра R, разделенного на две ступени R1 и R2 и формеров на входах и выходах регистра R, слева – управляющий автомат (УА), реализованный на основе униблоков, что не имеет принципиального значения для последующего изложения. Существенным вначале будет лишь то, что элементы регистровой памяти автомата двухступенчатые.

Условимся структуру модели (рис. 6.1) представлять как бы многослойной.

Иначе говоря, будем полагать, что в модели имеется не один регистр R, а некоторые системы двухступенчатых регистров, которые могут иметь произвольную разрядность, любые формеры на их входах и выходах, а между регистрами могут устанавливаться произвольные связи. Такой системой регистров, в частности, является операционное устройство вычислительной машины. При обращении к системе регистров пересылка информации с регистра адреса в регистр числа будет осуществляться через запоминающее устройство с соответствующими преобразованиями и задержкой.

Управляющий автомат Операционное устройство x d v Дешифратор Формер термов Формер a (2) (2) Регистр Р2 tt Регистр R(1) (1) Регистр Р1 Формер Формер коррекции выходов x Регистр RВходная схема Формер k y Рис. 6.1. Модель дискретного автомата Будем также полагать, что в модели имеется не один автомат, а некоторое их множество. Каждый из автоматов может в качестве входных иметь сигналы с любого регистра и вырабатывать выходные сигналы, управляющие любым регистром операционного устройства. Автоматы могут работать в разное время и одновременно, автономно или во взаимодействии. При взаимодействии они обмениваются сигналами взаимодействия v, формирующимися либо в формере выходов, либо непосредственно в формере термов. В частности, таким множеством автоматов можно представить управляющее устройство вычислительной машины.

Как видно из рисунка 6.1, основным связывающим звеном, обеспечивающим взаимодействие всех частей дискретного устройства, являются формеры термов всех автоматов. Именно в них происходит взаимодействие информации, циркулирующей по двум основным видам цепей в системе. Это цепи управления – от выходов формеров термов через формеры коррекции и униблоки ко входам формеров термов и цепи операций – от формеров термов через формеры выходов и операционное устройство ко входам формеров термов.

Другие цепи прохождения информации, обусловленные в основном многослойностью изображенной структуры, часто оказываются как бы вставленными в виде отдельных звеньев в цепи операций, что увеличивает их общую длину, а значит и время прохождения сигналов по ним.

В то же время цепи управления не удлиняются цепями обратных связей в униблоках, но удлиняются при наличии сигналов v непосредственного взаимодейст вия автоматов. Однако, несмотря на это, более критичными к быстродействию, как правило, оказываются цепи операций.

6.2. Выбор параметров тактирующих сигналов Рассмотрим применительно к описанной модели дискретного устройства (рис. 6.1) две наиболее распространенные системы тактирования, а именно тактирование одной серией сигналов и двумя сериями сигналов 1 и 2, временные диаграммы которых показаны на рис. 6.2.

а) Тф Тt Т3 Тt б) Тt0 tt2 tt0 tt Т Рис. 6.2. Системы трактирования Пусть системы тактирования (диаграммы (а) и (б) на рис. 6.2) имеют одинаковую длительность такта Т. Период Т представляет собой интервал времени t0 - t0, через который характер процессов в устройстве повторяется. Моментом времени t0 обозначим начало такта.

В начале такта при односерийной тактировке сигнал принимает нулевое значение, а при двухсерийной – сигнал 2 принимает единичное значение. В этот момент в устройстве происходит запоминание информации в регистрах Р2 и R2. Для устойчивой работы устройства длительность Т1 сигнала 2 должна обеспечивать надежное переключение триггеров в регистрах Р2 и R2.

Новые сигналы, появившиеся на выходах регистров Р2 и R2, начинают передаваться по цепям управления и цепям операций последовательно, проходя все встречающиеся на их пути формеры, пока не достигнут входов регистров Р1 и R1. Дальнейшее распространение сигналов по этим цепям приостанавливается в момент времени t2, в который при односерийной тактировке сигнал становится единичным, а при двухсерийной – единичным становится сигнал 1. Эти сигналы откроют входы регистров Р1 и R1, и начинается запись новой информации в регистры.

Промежуток времени Тф от момента времени t0 до момента t2 называется периодом формирования новой информации в данном такте. Он должен выбираться таким, чтобы переходные процессы выполнения всех однотактных операций успели закончиться и на входах регистров P1 и R1 к моменту t2 возникли стабильные сигналы.

Таким образом, период формирования Тф должен быть не меньше самой максимальной задержки сигнала во всех цепях управления и цепях однотактных операций.

Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 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.