Методические указания, страница 3

Рис. 2 Виды связей: а - индивидуальная; б - разветвляющаяся; в - соединительная; г – магистральная.

Разветвляющаяся связь применяется для передачи информации между одним источником и несколькими приемниками. Признаком развет­вляющейся связи является наличие в микропрограмме нескольких пред­ложений операционного описания с разными левыми частями и одинако­выми правыми, описывающими одно и то же выходное слово источника.

Например, предложения

УСМ: СМ{1:8} = СМ{1:8} + РЕГ2{1:8}

УЗАП: РЕГ5{1:8} = РЕГ2{1:8}

……………………………………………

УСМК: СМК{1:8} = А{1:8} + РЕГ2{1:8}

описывают разветвляющуюся связь регистра РЕГ2 с тремя операционными элементами - сумматором СМ, регистром РЕГ5 и комбинационным сумматором СМК. Для организации связи выходная шина регистра РЕГ2 гальванически разветвляется, как это показано на рис. 2,б.

Соединяющаяся связь используется для передачи информации меж­ду несколькими источниками и одним приемником. Признаком такой связи является появление в микропрограмме нескольких предложений операционного описания с одинаковыми левыми частями и разными пра­выми, указывающими на использование информации от разных источни­ков.

Например, сегмент микропрограммы

У1: CM{1:16} = CM{1:16} + P1{1:16}

У2: CM{1:16} = CM{1:16} + P2{1:16}

УЗ: CM{1:16} = CM{1:16} + P3{1:16}

описывает последовательное прибавление к содержимому накапливаю­щего сумматора содержимого регистров P1, P2 и Р3. Выходы регист­ров не могут быть подключены к входу сумматора непосредственно; связь между регистрами и сумматором осуществляется через дополни­тельную схему мультиплексора, как это показано на рис. 2,в.

При организации соединяющейся связи управляющие сигналы У1, У2, УЗ выполняют два действия. Во-первых, они подсоединяют к вхо­ду приемника один из источников и, во-вторых, инициируют выполне­ние регистровой операции накопления. Первое действие является ин­дивидуальным, а второе - общим, поэтому У1, У2 и У3 подключаются к управляющему входу суммирования УСМ через схему ИЛИ.

В реальных схемах операционных устройств сигналы коммутации мультиплексора и управляющие сигналы приемника генерируются раз­дельно, с тем чтобы информационные сигналы на входах приемника формировались несколько раньше момента появления импульса управле­ния. Для этого сигнал коммутации мультиплексора должен "охваты­вать" импульс управления.

Магистральные связи применяются для передачи информации меж­ду многими операционными элементами, если каждый из них выступает и в качестве источника, и в качестве приемника. Магистральная связь строится как симбиоз разветвляющейся и соединяющейся связи - каждый из операционных элементов подключается к магистрали (общей шине) своими входами - непосредственно, а выходами - через мульти­плексор.

На рис. 2,г изображена магистральная связь между тремя ре­гистрами P1, P2 и Р3, работа которых описывается следующим сегмен­том микропрограммы:

У1: Р1{1:8}= Р2{1:8}

У2: Р1{1:8}= Р3{1:8}

УЗ: Р2{1:8}= Р1{1:8}

У4: Р2{1:8}= Р3{1:8}

У5: Р3{1:8}= Р1{1:8}

У6: Р3{1:8}= Р2{1:8}

Управляющие сигналы записи на регистр и сигналы коммутации мультиплексора формируются как

Часто импульсы коммутации мультиплексора рассматривают как импульс считывания с регистра источника. Для четкой работы маги­стральной связи импульс считывания должен "схватывать" импульс записи.

1.3.6. Построение функциональной схемы управляющего автомата

Управляющая часть операционного устройства предназначена для генерирования управляющих сигналов, организующих обмен информаци­ей между элементами операционной части (ОЧ) и инициирующих выпол­нение всех регистровых операций.

Исходными данными для синтеза служит ПРОЦЕДУРА микропрограм­мы, которая устанавливает характер управляющих сигналов и порядок их следования.

Рассматривают два способа построения управляющей части УА:

• управляющие устройства с жесткой логикой, когда их структу­ра однозначно определена решаемой задачей;

• управляющие устройства с программируемой логикой, когда их структура постоянна, а решавшая задача определяет значение специ­альных управляющих кодов - микрокоманд.

На этом этапе работы необходимо строить УА в двух вариан­тах - с жесткой и программируемой логикой.

УА с жесткой логикой может быть построен и как автомат Мура, и как автомат Мили. Выбор типа автомата необходимо осуществить по меньшему количеству состояний. Для этого вначале и для автомата Мура и для автомата Мили необходимо:

1) построить граф-схему автомата (правильно расставить состояния); на схеме в опера­торах преобразования указываются только управляющие сигналы без перечисления выполняемых под их воздействием микроопераций; в опе­раторах перехода указываются только переменные условия перехода, а направления переходов отмечаются значением этой переменной - 0 или 1.

2) построить граф переходов и выходов; переход от граф-схемы алгоритма к графу переходов и выходов автомата осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в [l7].

Исходя из графа переходов и выходов выбирается конкретный типа автомата.

По графу переходов и выходов строят таблицу переходов и выходов автомата. Кодируют внутренние состояния автомата (представляют их в виде таблицы кодирования внутренних состояний автомата) по правилу чем больше входов – тем больше нулей. Далее строят кодированную таблицу переходов и выходов. Из кодированной таблицы переходов и выходов получают аналитические выражения функций возбуждения D триггеров и генерации управляющих сигналов. По полученным выражениям осуществляют построение функциональной схемы управляющего автомата с жесткой логикой.

При построении УА с программируемой логикой, необходимо написать микропрограмму с “естественной” и с “принудительной” адресацией. В начале для каждого типа адресации необходимо: составить каноническую форму микропрограммы, определить формат микрокоманды, получить микропрограмму в закодированном виде. Выбор типа адресации необходимо осуществить по размеру занимаемой памяти микропрограммой в ПЗУ. Для выбранного способа адресации необходимо взять стандартную структуру УА (функциональную схему), изменив на ней состав признаков и размерности шин с учетом полученной микропрограммы.

Построение управляющего автомата с программируемой логикой.

Управляющие устройства с программируемой логикой используют­ся при создании операционных устройств достаточно высокой сложнос­ти, решающих, как правило, несколько задач, В таких устройствах управляющие сигналы генерируются по значениям специальных управ­ляющих кодов - микрокоманд, объединенных в совокупность микроко­манд - микропрограммы. Каждая задача реализуется на ОУ при выпол­нении соответствующей микропрограммы, которая вызывается кодом выбора задачи.

Обычно микропрограммы не изменяются в процессе эксплуатации операционного устройства, они постоянны и поэтому хранятся в пос­тоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) [4]. Программирование ПЗУ может осуществляться либо на заводе-изготовителе (масочное програм­мирование), либо в лабораторных условиях, разработчиком операцион­ного устройства (электрическое программирование). При записи мик­ропрограммы в ПЗУ каждая микрокоманда фиксируется в отдельной ячей­ке ПЗУ, отличающейся своим номером (адресом). Микропрограмма как совокупность микрокоманд помещается в сегмент ПЗУ, из которого вы­деляют ячейку начального и конечного адреса микропрограммы. Посто­янное запоминающее устройство можно рассматривать как дешифратор, преобразующий код адреса в код микрокоманды.

Каждая микрокоманда решает две задачи:

1. Какие управляющие сигналы должны генерироваться в текущем такте работы управляющего устройства ?

2. Какая микрокоманда должна выполняться следующей или, другими словами, чему равен адрес следующей за текущей микрокоманды ?

Для решения этих задач микрокоманда разделяется на два поля - операционное и адресное. В простейшем случае операционное поле включает в себя столько бит, сколько разных (не эквивалентных) управляющих сигналов должно генерировать устройство управления. Каждый бит операционного поля закрепляется за определенным управ­ляющим сигналом. Появление единицы в бите вызывает генерацию соот­ветствующего управляющего сигнала. Адресное поле служит для форми­рования адреса следующей микрокоманды в безусловном или условном переходе. Для этого в нем выделяется поле признаков, код которого указывает, какой из признаков, вырабатываемых в операционной час­ти ОУ, принимает участие в формировании условного перехода и поля адресов A1 и А2 микрокоманд. Им передается управление в следующем такте работы УУ в зависимости от значения выбранного в текущем такте признака.

Построенная таким образом микрокоманда используется в УУ с принудительной адресацией. Слово "принудительная" подчеркивает тот факт, что текущая микрокоманда сама вынуждает (принуждает) ПЗУ выбирать следующую за ней микрокоманду.

Формат микрокоманд изображен на рис. 11. Такая микрокоманда генерирует L управляющих сигналов, организует переход по т сигна­лам признаков и адресует 2ⁿ ячеек ПЗУ. Если выбранный признак ра­вен единице, условимся считать, что управление передается микроко­манде по адресу A, в противном случае – следующей микрокоманде (адрес увеличится на 1). Примем, что безусловный переход организуется в случае нулевого зна­чения кода в поле признака микрокоманды. Безусловный переход можно рассматривать как условный при обязательном равенстве единице зна­чения выбранного признака. Это означает, что при безусловном пере­ходе управление всегда передается микрокоманде по адресу A.

Рис. 11. Формат микрокоманды УУ с принудительной адресацией

Структурная схема управляющего устройства с принудительной адресацией изображена на рис. 12. Схема управляется двумя тактовы­ми последовательностями τ₁ и τ₂ , одна из которых организует запись на регистр микрокоманды РМК, другая - на регистр адреса микроко­манды РА. В начальном состоянии УУ выполняет "пустую микрокоманду", которая, не генерируя никаких управляющих сигналов, безусловно, передает управление сама себе. Пустая микрокоманда записывается в ячейку ПЗУ нулевого адреса, ее кодовое выражение включает одни ну­ли: Y = 0 - нет управляющих сигналов, X = 0 - безусловный переход, А1 = 0 - переход к микрокоманде нулевого адреса. Работа УУ начинает­ся с записи в регистр адреса начального адреса выбранной микропро­граммы А_НАЧ. Это осуществляется при помощи кода выбора задачи, ко­торый может иметь форму начального адреса микропрограммы или фор­мировать этот адрес через дешифратор. Выполнение текущей микроко­манды вызывает следующую микрокоманду и т.д. до тех пор, пока не будет выполнена вся микропрограмма. Последняя команда микропро­граммы передает управление пустой микрокоманде, на этом работа УУ заканчивается.

Запись кода в регистр адреса осуществляется под воздействием управляющих сигналов ПУСК, Р и ┐Р. Сигнал ПУСК является внешним сигналом, Р и ┐Р формируются внутри УУ со­гласно выражениям.

Рис. 12. Структурная схема управляющего устройства с принуди­тельной адресацией

В реальных микропрограммах безусловные и условные переходы встречаются далеко не в каждой микрокоманде. Поэтому в ряде случа­ев целесообразно строить УУ с использованием принципов естественной адресации. При естественной адресации микрокоманды делятся на опе­рационные и управляющие, которые различаются по биту признака мик­рокоманды (ПРМК). За операционной микрокомандой закрепляется функция генерирования управляющих сигналов и передача управления "естественным образом" следующей по адресу микрокоманда. Управляю­щая микрокоманда не генерирует управляющих сигналов, она выполня­ет функцию передачи управления в нарушение "естественного" (друг за другом по адресу) следования микрокоманд.