Принципы организации операционных устройств

Цифровое вычислительное устройство представляет собой систему, предназначенную для выполнения одной или нескольких внешних команд по обработке входных слов D информации с целью формирования результатов R. В основу функциональной и структурной организации таких систем, называемых операционными устройствами (ОУ), положен принцип микропрограммного управления. Он состоит в том, что выполнение команды происходит последовательно по тактам. В каждом такте микропрограммы одновременно могут выполняться несколько элементарных действий. В компьютерах примерами операционных устройств служат процессоры, контроллеры внешних устройств.

В функциональном и структурном отношении операционное устройство разделяется на операционный автомат (ОА) и управляющий автомат (УА) (рис.1.1). Операционный автомат служит для приема, хранения и обработки слов информации. Управляющий автомат задает порядок выполнения действий в операционном автомате, вытекающий из алгоритма микропрограммы выполняемой в данный момент команды.

На рис. 1.1 используются следующие обозначения:

D – шина входных данных;

R – шина выходных данных;

F – шина команд;

Y – сигналы управления от УА к ОА;

X – сигналы логических условий (ЛУ).

Для внешнего управления операционным устройством используется шина F, по которой в него можно передать код той команды, которую требуется выполнить. Процесс выполнения каждой внешней команды описывается алгоритмом, называемым микропрограммой. Микропрограммы всех внешних команд хранятся в управляющем автомате. Микропрограмма выполняется по тактам, в каждом из которых УА формирует набор управляющих сигналов Y для ОА, называемый микрокомандой. При выполнении микрокоманды каждый управляющий сигнал, называемый сигналом микрооперации, инициализирует в ОА выполнение своей микрооперации. Различные микрооперации реализуются с помощью разных операционных элементов ОА.

Общепринято представлять микрооперации в форме операторов присваивания с меткой. Меткой служит название соответствующего сигнала микрооперации. Оператор присваивания характеризует процесс преобразования операндов и передачу результата. Например:

Y 8: RА:= RВ – 1.

Отдельные разряды двоичных кодов обозначаются как элементы массивов. Например, RA[7] обозначает 7 -й разряд операционного элемента RA, RC [0..9] – разряды с 0 по 9 элемента RC.

При выполнении микрокоманд кроме результатов в виде двоичных слов ОА вырабатывает также сигналы X логических условий, которые характеризуют либо отношения между операндами в целом, например,

A > B, A = B, C >= 0, C = 0,

либо отношения между разрядами операндов:

A [15] > 0, A [0] = B [0].

Логическими условиями могут быть также сигналы логических функций, характеризующих состояние аппаратуры ОА.

Логические условия необходимы управляющему автомату для организации разветвлений в выполняемой микропрограмме. В работе операционных устройств часто используются и внешние логические условия, сформированные другими устройствами. Основное их назначение – синхронизация совместно работающих операционных устройств. Типичными внешними логическими условиями являются сигналы сброса, пуска, готовности.

Внешние управляющие сигналы Y_в служат для взаимодействия с другими операционными устройствами. Для них эти сигналы являются внешними ЛУ.

В данном курсе будут рассматриваться различные вопросы проектирования и работы операционных автоматов, полагая, что курс лекций по управляющим автоматам уже изучен.

ОА строятся из операционных элементов, которые принято разделять на два вида:

· элементы хранения информации;

· комбинационные операционные элементы.

Элементы хранения в первую очередь обеспечивают хранение двоичных кодов, получаемых при выполнении микроопераций. К элементам хранения относятся триггеры, регистры, сдвиговые регистры, счетчики. Некоторые из этих элементов способны также производить обработку информации.

Комбинационные операционные элементы выполняют операции над двоичными операндами, но не сохраняют результат при изменении операндов. Примерами таких операционных элементов являются сумматоры, сдвигатели, схемы сравнения и др.

Поскольку при проектировании ОА основной интерес представляют его структура и процессы передачи и преобразования информации, то операционные элементы изображаются на структурных схемах специальными условными графическими обозначениями, а их функции описываются в терминах выполняемых ими микроопераций. На рис. 1.2 показано условное обозначение элемента хранения (Storage element), а на рис. 1.3 – условное обозначение одновходового комбинационного элемента (Combination element).

Дата добавления: 2014-01-06