Общие принципы проектирования операционного устройства

Проектирование операционного устройства, как и всякого технического изделия, должно проводиться на основе технического задания (ТЗ). В техническом задании на разработку перечисляются исходные данные и характеристики будущего изделия, которым оно должно удовлетворять.

Наиболее важными исходными данными для проектирования ОУ являются следующие:

· набор команд, который должно выполнять ОУ;

· разрядность и способ кодирования обрабатываемых данных;

· быстродействие (количество выполняемых операций в секунду);

· требования к интерфейсу устройства;

· стоимость разрабатываемого устройства.

Другими требованиями технического задания могут быть:

· конструктивные требования;

· потребляемая мощность, напряжение питания, надежность и т.д.

В зависимости от интересов заказчика важность достижения отдельных требований технического задания может быть различной. Для вычислительных устройств такими требованиями, называемыми критериями проектирования, являются обычно быстродействие или стоимость.

Целью проектирования ОА является разработка его структурной схемы и рабочих микропрограмм для всего набора команды.

Проектирование ОУ включает в себя следующие этапы:

1. разработка абстрактных алгоритмов выполнения команд;

2. выбор элементов ОА и синтез нестандартных операционных элементов;

3. структурный синтез ОА;

4. разработка принципиальной электрической схемы ОА;

5. разработка рабочих микропрограмм;

6. анализ характеристик спроектированного устройства;

7. синтез УА.

На первомэтапе для каждой заданной команды разрабатывается микропрограмма ее выполнения. Поскольку структура ОА в этот момент еще отсутствует, для обозначения операндов и результатов в основном используются абстрактные переменные. Исключение составляют обозначения конкретных шин интерфейса устройства, определенные в техническом задании.

Микропрограммы записываются в форме операторов присваивания без меток, а также в форме условных операторов.

На втором этапе анализируют созданные алгоритмы с целью выбора операционных элементов для реализации каждой микрооперации. Если какая-либо микрооперация не может быть выполнена с помощью известных операционных элементов с учетом возможных ограничений на их применение по условиям технического задания, то для ее выполнения необходимо разработать специальный операционный элемент.

Другой подход состоит в том, что такую микрооперацию заменяют эквивалентной последовательностью более простых микроопераций, реализуемых на стандартных элементах, т. е. дорабатывают исходный алгоритм.

Приятие решения на этом этапе зависит от заданного критерия проектирования. Первый подход чаще используется тогда, когда критерием проектирования является высокое быстродействие, второй - когда критерием служит минимизация стоимости оборудования ОУ.

На третьем этапе синтезируется структурная схема ОА. Методика синтеза во многом зависит от заданного критерия проектирования. После разработки структурной схемы окончательно определяется состав операционных элементов, их соединение между собой, подключение к шинам внешнего интерфейса. Кроме того, определяется состав и назначение сигналов микроопераций, которые должны формироваться УА, а также состав логических устройств.

На четвертом этапе разрабатывают принципиальную электрическую схему ОА. На этом этапе для построения схемы выбирают конкретные элементы и ориентируются на их управляющие и информационные сигналы.

На пятом этапе проектирования вместо абстрактных алгоритмов выполнения команд разрабатывают их рабочие микропрограммы, достаточные для синтеза УА.

На шестом этапе на основе анализа принципиальной схемы ОА и рабочих микропрограммам оценивают наиболее важные характеристики спроектированного устройства. Если они не отвечают требованиям ТЗ, то процесс проектирования повторяют с одного из предыдущих этапов.

На последнем этапе выполняется проектирование УА.

Дата добавления: 2014-01-06