СОДЕРЖ~1 (1074577), страница 3
Текст из файла (страница 3)
|C=Y19, данная операция реализуется с помощью элемента НЕ (D43.3).
Список реализуемых микроопераций: ( управляющие сигналы подаются на входы счетчика согласно схеие приведенной на рис.13 Приложения №6)
Сч:=7
Сч:=Сч-1
1.8. Структурная схема операционного автомата
Структурная схема операционной части вычислительного устройства разрабатывается на основе схем операционных элементов (Приложение №6 (рис.10, рис.11, рис.12, рис.13)), обобщенной микропрограммы (Приложение №6 рис.17 «Граф обобщённой микропрограммы»), списка микроопераций (Приложение №3 (таблица №1)), списка логических условий (Приложение №3 (таблица №2)) и Канонической структуры ОА, представленной в Приложении №6 (рис.9 «Каноническая структура ОА»).
При разработке структурной схемы учтены возможности конкретных микросхем, которые в дальнейшем будут использованы при разработке функциональной схемы операционной части вычислительного устройства. Также должна быть учтена необходимость выполнения некоторых служебных функций (выдача логических условий на входы устройства управления, проверка совпадения адреса устройства и адреса на адресной шине, выработка сигнала «Захват»). Кроме того, должна быть предусмотрена выдача на шину выхода служебных флагов (ГОТ, ЗАН, РЕЗ, ЗАПР, ПР). Триггеры установки этих флагов обозначены на структурной схеме как Т1 – Т5 соответственно
(ТРИГЕР—ФЛАГ)
T1 – ГОТ
T2 – ЗАН
T3 – РЕЗ
T4 – ЗАПР
T5 – ПР
Для хранения знака делимого и делителя (А и С) (в случае выполнения микрооперации деления) используются триггеры, обозначенный соответственно как Тр1 и Тр2.
(ТРИГЕР-БИТ)
ТР1—ЗНАК(А)
ТР2—ЗНАК(С)
К каждому регистру на данной схеме подводится набор, управляющих сигналов, которые определяют режим его работы. На входы мультиплексоров поступают сигналы из соответствующих им схем управления (см. пред. Пункт).
Все арифметические и логические операции должны выполняться в АЛУ, тогда как операции сдвига производятся в соответствующих регистрах.
Дополнительно введён счётчик для автономного от АЛУ подсчёта итераций цикла (см. пред. Пункт)
Само АЛУ управляется с помощью схемы управления, формирующей на основании управляющих сигналов yi наборы сигналов, поступающих на управляющие входы АЛУ (см. пред. Пункт). На этой же схеме показываются особенности формирования осведомительных сигналов хi.
Структурная схема операционного автомата представлена на рис.16 «Структурная схема операционного автомата».
1.9. Функциональная схема операционной части ВУ
Функциональная схема операционной и управляющей части ВУ проектируется на основании структурной схемы операционной части (схема «Структурная схема операционного автомата») и справочной литературы [2], [3].
В ходе проектирования функциональной схемы операционной части ВУ создается схема взаимодействия микросхем, выбранных для реализации схемы на базе общей шины. Операционная часть разрабатывалась для обработки слов длины 8 бит. Разрабатывались на детальном уровне схемы управления элементами схемы, формирующие сигналы, поступающие на входы элементов, на базе управляющих сигналов, которые поступают в операционную часть из управляющей части операционного автомата. С выходов операционной части осведомительные сигналы поступают на входы управляющей части ОА. Реализация основных элементов структурной схемы (схема «Структурная схема операционного автомата») в рамках выбранной элементной базы (серия микросхем К1533, К155, К555) поясняется ниже.
Краткое описание элементов функциональной схемы:
ALU1 и ALU2 – два АЛУ КР1553ИП3. для обеспечения обработки 8-разрядных операндов заданных в соответствии с вариантом.
DС – дешифратор КР1533ИД10 служит для реализации инверсных значений осведомительных сигналов выбора микропрограммы B1 – B7 (осведомительные сигналы Х4-Х10).
6-НЕ - группа инверторов, предназначенных для реализации осведомительных сигналов B1 – B7.
T1- T5 – триггеры КР1533ТВ6. Каждый из этих триггеров состоит из двух JK-триггеров С прямого выхода триггера Т1 снимается сигнал ЗАПР. С прямого выхода триггера Т2 снимается сигнал ГОТ. С прямого выхода триггера Т3 снимается сигнал ЗАН. С прямого выхода триггера Т4 снимается сигнал РЕЗ . С прямого выхода триггера Т5 снимается сигнал ПР (для передачи сигналов с тригеров на общую магистраль используются повторители D52, D53 KP155ЛП8 с высокоимпедансным состоянием, включаемым при отсутствии передачи) .
RGA – регистр КР1533ИР13 для операнда А (операнд А – первый операнд, а В - второй). На информационные входы подаётся слово из группы мультиплексоров MA1,MA2.
RGB – регистр КР1533ИР13 для операнда В. На информационные входы подаётся слово из группы мультиплексоров MB1,MB2.
RGC – регистр КР1533ИР13 для результата С. На информационные входы подаётся слово, из группы мультиплексоров MC1,MC2.
RGD – регистр КР1553ИР13 для Кода ОПерации (КОП). На информационные входы подаётся трёхразрядный КОП. На входы кода операции подаётся код, выработанный в соответствии с управляющими сигналами У.
TP1,TP2 – сдвоенный JK-триггер КР1533ТВ6, предназначен для хранения знака A и С.
MA1,MA2– группа мультиплексоров КР1533КП16 для формирования входных сигналов для регистра операнда A. На управляющие входы подаются соответствующие сигналы образованные схемой управления мультиплексором.
MB1,MB2 – группа мультиплексоров КР1553КП16 для формирования входных сигналов для регистра операнда В. На управляющие входы подаются соответствующие сигналы образованные схемой управления мультиплексором.
MC1,MC2– группа мультиплексоров КР1553КП16 для формирования входных сигналов для регистра С. На управляющие входы подаются соответствующие сигналы образованные схемой управления мультиплексором.
Mop1.1,Mop1.2 – группа мультиплексоров КР1553КП16 для формирования входных сигналов вход операнда X АЛУ. На управляющие входы подаются соответствующие сигналы образованные схемой управления мультиплексором.
Mop2.1,Mop2.2 – группа мультиплексоров КР1553КП16 для формирования входных сигналов вход операнда В АЛУ. На управляющие входы подаются соответствующие сигналы образованные схемой управления мультиплексором.
управления мультиплексором.
Mout1, Mout2, Mout3, Mout4 – группа мультиплексоров с устойчивым третьим состоянием КР1533КП12 для передачи данных из регистров А,В или С на общую магистраль.
СТ2 – двоичный счетчик КР1533ИЕ7
D52,D53 – повторители с высокоимпедансным состоянием на выходе КР153ЛП8 для выдачи флагов ЗАН, ЗАПР, РЕЗ, ГОТ, ПР на выходную шину (общую магистраль).
R1-R6 (П1-П6) — тумблерный регистр на основе С2-23 (2.1 кОм) для хранения адреса разрабатываемого вычислительного устройства.
D30-D32 – компараторы КР1533ЛП5, для сравнения адреса установленного на тумблерном регистре и адреса поступающего от внешнего устройства, а также для выработки осведомительных сигналов X15, X16, X17, X18, X19, X20
D28,D33-D51 – логические элементы реализующие схемы управления операционными элементами (см.п.1.7) и вырабатывающие осведомительные сигналы Х1,Х10,Х11,Х12,Х13,Х14
Функциональная схема операционной части вычислительного устройства приведена на рис.15 «ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ОА» Приложения №6.
1.10. Составление списка переходов
Список переходов составляется на основании закодированного графа микропрограммы (рис.18 «Закодированный граф микропрограммы»). См. Приложение №6.
Создание списка переходов осуществляется путем перебора всех возможных переходов данного графа. При этом последовательно выписываются код исходного состояния, код следующего состояния, условия перехода между этими состояниями, управляющие сигналы, которые должны вырабатываться в исходном состоянии и сигналы возбуждения.
1.11. Программирование ПЛМ
Программирование ПЛМ матриц осуществляется на основе списка переходов (Приложение №1 (таблица №1)).
Прежде чем программировать ПЛМ, необходимо подсчитать требуемое их количество. Из списка переходов (Приложение №1 (таблица №1)) видно, что код состояния имеет
6 разрядов (37 состояний) ,
а из списка логических условий (Приложение №3 (таблица №1)) следует, что у нас есть
21 логическое условие и
34 управляющих сигнала.
Таким образом, мы можем посчитать необходимое нам число входов ПЛМ: учитывая, что ПЛМ имеют только 16 входов, имеем
ПЛМ1, ПЛМ2, ПЛМ3 отвечают за выработку следующего состояния, на них подаются 6 разрядов текущего состояния с регистра состояний К и осведомительные сигналы (от ОА)
X4-X10,X17 на ПЛМ1;
Х11-Х14,Х16,Х18-Х20 на ПЛМ2;
Х1-Х3,Х15,Х21 на ПЛМ3.
(учитывая этот факт, принято решение распределить осведомительные сигналы по ПЛМ таким образом, чтобы конкретный набор осведомительных сигналов соответствовал определенным состояниям из списка переходов, распределенным по ПЛМ1-3 таким образом, чтобы число вхождений конкретных состояний в ПЛМ1-3 было равно 1. Тогда при поступлении текущего состояния и осведомительных сигналов взаимнооднозначно определяющих следующее состояние на входы ПЛМ1-3, на одной из них сгенерируется 6 разрядов следующего состояния, на остальных ПЛМ на выходах 1-6 будет «0», следовательно соединив по ИЛИ, соответствующие выходы ПЛМ1-3 мы получем на выходе логической схемы код следующего состояния, который необходимо щанести в регистр состяний К).
Т.к. независимо от направления перехода в автоматах Мура выполняется конкретный набор управляющих сигналов соответствующий текущему состоянию, то управляющие сигналы можно не группировать по выходам (и прописывая в ПЛМ4-7 уже все состояния а0-а37, каждому выходу ПЛМ4-7 будет соответсвовать уникальный управляющий сигнал:
Y1-y8 от ПЛМ4
У9-y16 от ПЛМ5
Y17-y24 от ПЛМ6
У25-у32 от ПЛМ7
Сигналы У33,у34 вырабатываются в одном состоянии и их выработку можно зафиксировать за ПЛМ1 имеющей два свободных выхода и содержащей строки обрабатывающие состояния, вырабатывающие у33 и у34.
В результате было получено 7 ПЛМ, реализующих весь набор управляющих сигналов и сигналов состояний.
Матрицы соединений ПЛМ приведены в Приложении №2.
1.12. Функциональная схема управляющей части ву
Проектирование функциональной схемы управляющей части ВУ осуществляется на
основании матриц соединений ПЛМ (Приложение №2) и справочной литературы [2], [3].
Краткое описание элементов функциональной схемы управляющей части ВУ.
D55 – D61 – группа ПЛМ К555ИП24 для реализации управляющих сигналов и сигналов состояний. На входы подаются осведомительные сигналы и сигналы с выходов регистра состояний.
D54 – регистр K1533ИР13; является регистром состояний. На входы подаются сигналы с выходов схемы формирования сигналов состояний.
D62, D63 – группа элементов K155ЛЕ4, отвечающих за формирование сигналов состояний D1 – D6, на входы поступают сигналы с выходов микросхем ПЛМ (D55 – D57).
D64 – 6-инверторов К1533ЛН8 для реализации соединения ПЛМ по ИЛИ.
Функциональная схема управляющей части вычислительного устройства приведена на рис.14 «ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА УА». Приложения №6.
1.13. Определение числа машинных тактов, необходимых для выполнения каждой операции
Данная задача решается в соответствии с Обобщённой микропрограммой (рис 17. «Обобщённая микропрограмма» Приложение №6). Для подсчёта числа машинных тактов для определённой операции необходимо, «войдя» в микропрограмму виртуально выполнить весь набор микроопераций, необходимый для корректного выполнения данной операции. Во время виртуального выполнения операции, т.е. последовательного перемещения по вершинам графа микропрограммы с соблюдением логических условий, необходимо вести подсчёт пройденных вершин графа микропрограммы. Таким образом, будет получено число машинных тактов, необходимых для выполнения данной операции. Соответственно для получения максимального (или минимального) числа машинных тактов, необходимо взять «наихудшие» («наилучшие») в смысле выполнения данной операции операнды.
При расчетах время на ожидание сигналов X принимаем равным 0 тактов.
1)ДЕЛЕНИЕ:
Tmin = 13, Tmax = 49
2) Сложение:
Tmin = 10, Tmax = 10
3) Вычитание:
Tmin = 10, Tmax = 10
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
