Построение схемы алгоритма в микрокомандах

Для формирования микрокоманд необходимо определить, какие микрооперации могут вы­полняться одновременно (в одни и те же тактовые периоды).

Очевидно, микрооперации у4 и у6 могут быть объединены в общую микрокоманду К, микрооперация у не может быть объединена с какими- либо другими микрооперациями, и, следовательно, она одна представ­ляет микрокоманду У2; микрооперации у1, у2, у4, у5 можно выполнять в приведенной на рис. последовательности в четырех тактовых пери­одах, но при построении регистров на триггерах, управляемых фронтом синхросигнала, эти микрооперации могут выполняться одновременно и, следовательно, могут быть объединены в микрокоманду У3. На рис. показана схема алгоритма, построенная в микрокомандах.

Построение графа функционирования. Управляющее устройство яв­ляется логическим устройством последовательностного типа. Микро­команда, выдаваемая в следующем тактовом периоде, зависит от того, какая микрокоманда выдается в текущем тактовом периоде, или, иначе, от состояния, в котором находится устройство. Для определения состо­яний устройства производится разметка схемы алгоритма, представлен­ной в микрокомандах по следующему правилу: символом а0 отмечаются начало и конец схемы, затем последовательно символами а1,a2... — входы блоков, следующих за операторными блоками (бло­ками, содержащими микрокоманды). В рассматриваемой схеме алго­ритма блок 1 является операторным блоком; символом а, отмечается вход следующего за ним блока 2 условного перехода по признаку х2; затем выбирается следующий операторный блок 4 и символом а2 отме­чается вход следующего за ним блока 5. Полученные отметки соответствуют состояниям устройства. Итак, рассматриваемое устрой­ство имеет три состояния.

Теперь можно приступить к построению графа функционирования устройства. Состояния устройства в графе представляются узлами (изо­бражаемыми кружками с записью внутри них обозначений соответству­ющих состояний), Дугами, соединяющими узлы, показываются возможные переходы между узлами (на схеме алгоритма эти переходы соответствуют переходам между соответствующими отметками), на

дугах записываются условия (значения признаков, поступающих на входы управляющего устройства с выхода операционного), при кото­рых происходит переход, и микрокоманда, которая должна выдаваться устройством; отсутствие признака или микрокоманды обозначено зна­ком Граф синтезируемого управляющего устройства приведен на рис..

Кодирование состояний устройства. При кодировании состояний каждому состоянию устройства должна быть поставлена в соответствие некоторая кодовая комбинация. Число разрядов кода выбирается из следующих соображений: если число состояний равно n, то для обеспечения М кодовых комбина­ций требуется n-разрядный код, где к— минимальное целое число, при котором выполняется неравенст­во М <> 2к.

В рассматриваемом случае М = 3 и к = 2. Таким образом, состояния управляющего устройства отображаются двухразрядными кодовыми комбинациями, задаваемыми состояниями триггеров 1 и 2 (Q, и QJ. Соответствие между состояниями устройства и кодовыми комбинация­ми зададим табл..

Структурная схема управляющего устройства. Структурная схема рассматриваемого устройства представлена на рис.. Триггеры 1 и 2 образуют двухразрядный регистр текущего состояния устройства. Ком­бинационный узел по состоянию регистра (комбинации значений Q2 и Qx) и значениям поступающих с выхода операционного устройства условий определяет новое состояние, в которое должно перейти управляющее устройство. При этом формируются также сигналы S2, R2, Sx,которые в момент положительного фронта синхросигнала С устанавливают в регистре кодовую комбинацию, соответствующую сле­дующему состоянию устройства.

Комбинационный узел формирует также управляющие сигналы ух, под действием которых в операционном устройстве выполня­ются микрооперации. Дальнейшие шаги по синтезу управляющего уст­ройства сводятся к синтезу его комбинационного узла.

Построение таблицы функционирования комбинационного узла. Таб­лица функционирования содержит графы, в которые заносятся данные текущего состояния, значения входных условий, данные следующего состояния, в которое должно перейти устройство, и выходные сигналы комбинационного узла. Функционирование комбинационного узла рассматриваемого управляющего устройства представлено в табл..

По значению текущего состояния, принимаемому из регистра со­стояния, и поступающим из операционного устройства значениям условий перехода j и х2 в таблице определяются следующее состоя­ние управляющего устройства, сигналы S2, R2, S, R для установки регистра в соответствующее состояние и управляющие сигналы ух,..., уп.

Заполнение таблицы производится следующим образом. В графе следующего состояния задается состояние ах, по графу на рис. находится дуга, ведущая в узел, соответствующий состоянию а,; найденная дуга выходит из узла я0, следовательно, текущее состо­яние а0. Переход из а0 в ах безусловный. Заносим в таблицу кодовые комбинации состояний а0 и ах. При этом выясняется, что переход а0→ах связан с переходом Qx: 0 → 1. Из таблицы переходов RS-триггера определяем, что S = 1. Кроме этого сигнала на выходе комбинационного узла должны формироваться управ­ляющие сигналы микрокоманды Yx:у4,у6

Далее в следующую строку табли­цы заносятся данные, соответствую­щие переходу а, ах. Из графа на рис. выясняется, что переход проис­ходит при выполнении условий j = 1 и х2= 1с выдачей сигналов микроко­манды Yy Принцип заполнения стро­ки аналогичен рассмотренному выше. Каждой из дуг графа в таблице функ­ционирования соответствует отдель­ная строка. Таким образом заполняется вся таблица.

Запись логических выражений для выходных величин'комбинационного узла. Для каждой строки таблицы функционирования комбинационного узла запишем логическое выра­жение в следующей форме: в левой части выражения перечислим пере­менные, приведенные в графе выходных величин, в правой части — логическое выражение, представленное через текущее состояние at и значения условий перехода.

Для рассматриваемого комбинационного узла получаем следующие логические выражения:

Затем определяют логическое выражение для каждой выходной ве­личины. Для этого записывают равенство, в левой части которого ука­зывают выходную величину, в правой части — связанные через операцию дизъюнкции правые части тех из ранее составленных выра­жений, в которых представлена данная выходная величина.

Полученные логические выражения приводят (если это необходимо) к минимальной форме.

Построение логической схемы комбинационного узла. По полученным выражениям строится логическая схема комбинационного узла. Входящие в выражения значения ах определяемые комбинацией значений Q2 и a, могут быть получены с помощью дешифратора. Остальная часть схемы строится в соответствии с полученными для выходных величин логическими выражениями. Схема комбинационного узла рассматри­ваемого управляющего устройства приведена на рис.

Выполнение программы. Мы рассмотрели синтез управляющего уст­ройства для реализации операции умножения. Очевидно, подобные уст­ройства могут быть построены для управления выполнением других операций. И если в управляющем устройстве процессора предусмотреть такие устройства включая то или иное устройство можно обеспечить реализацию различных операций на одном и том же оборудовании операционного устройства.

Вид операции, подлежащей исполнению в процессоре, будем пред­ставлять командой. С помощью дешифратора код команды можно пре­образовать в сигналы, производящие включение устройств, которые управляют выполнением соответствующих операций. При этом возникает возможность записать алгоритм сложной задачи в виде последовательности команд (которая будет соответствовать последовательности таких выполняемых операций, как умножение, деление и др.). Эта последовательность команд образует программу, хранимую в опе­ративной памяти. Считывая из оперативной памяти команды и испол­няя их в процессоре, можно решить сложную задачу.

Синтез управляющего устройства в форме автомата Мура

Построение графа функционирования. Для определения состояния управляющего устройства в схеме алгоритма в микрокомандах, пред­ставленной на рис., выполним разметку, которая для автомата Мура производится по иному прави­лу, чем для автомата Мили. Восполь­зуемся следующим правилом: симво­лом а0 отметим начало и конец схемы алгоритма; символами аъ... — операторные блоки. Отмеченная таким образом схема алгоритма представлена на рис. Из рисун­ка следует, что устройство управлелния, синтезированное в форме автомата Мура, имеет четыре состоя­ния: а0,а1,а2, а3

Кодирование состояний устройства. Для кодирования состояний устройства можно использовать двухразрядный код. Выберем пред­ставленное в табл. соответствие между состояниями устройства и кодовыми комбинациями.

Построение таблицы функционирования комбинационного узла. В табл. приведена таблица функционирования комбинационного узла устройства управления процессора, соответствующая графу на рис..

Запись логических выражений для выходных величин комбинацион­ного узла. Так же как и при синтезе устройства в форме автомата Мили, записываем логические выражения, соответствующие отдельным стро­кам табл.

Дата добавления: 2014-12-10