Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006) (1186252), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

При проектировании управляющего автомата с программируемой логикой (УАПЛ) необходимо выбрать формат (форматы) микрокоманд (микрокоман­ды), способы кодирования микроопераций и адресации микрокоманд.

Адресация микрокоманд

Исходными данными для проектирования УАПЛ является, как и для УАЖЛ (управляющий автомат с "жесткой" логикой), микропрограмма, представлен­ная, например, в форме ГСА. Каждая операторная вершина должна реализо­ваться в один такт машинного времени, причем после операторной вершины в ГСА может следовать:

□ операторная вершина;

□ условная вершина, оба выхода которой или один из них соединены с опе­раторными вершинами, например, как показано на рис. 4.9, а;

□ цепочка из двух или более условных вершин, выходы которых соединены с условными вершинами (рис. 4.9, б).

В первом случае осуществляется безусловный переход к следующей микро­команде, и адрес этой единственной микрокоманды (А1) должен размещаться в поле адреса выполняемой микрокоманды.

Во втором случае необходимо сделать выбор одного из двух возможных сле­дующих адресов. В поле адреса микрокоманды следует разместить:

□ номер х логического условия, по значению которого осуществляется выбор;

□ адрес А1 микрокоманды, которая будет выполняться, если указанное условие истинно;

□ адрес АО микрокоманды, которая будет выполняться, если указанное условие ложно.

В третьем случае количество проверяемых в микрокоманде условий и адре­сов переходов может быть произвольным, в т. ч. и достаточно большим. В этом случае длина микрокоманды может быть весьма велика.

При выборе формата микрокоманды нужно учитывать следующие обстоя­тельства:

□ следует эффективно использовать разряды поля, обеспечив по возможно­сти его минимальную длину;

П желательно ограничиться единственным форматом микрокоманды, в край­нем случае, выбирать минимально возможное разнообразие форматов.

Справедливость первого требования очевидна. Относительно второй предпо­сылки можно заметить, что при большом числе форматов соответственно ус­ложняется схема декодирования микрокоманды.

Следовательно, если в рамках одного формата микрокоманды обеспечить реализацию всех возможных вариантов следования вершин, то в третьем слу­чае потребуется предусмотреть в микрокоманде несколько полей номеров логических условий и столько же плюс одно поле адресов микрокоманд. Учитывая, что в большинстве алгоритмов длинные цепочки логических вер­шин встречаются довольно редко, организация подобного формата микро­команды будет весьма неэффективна— ведь для второго случая будут использоваться только одно поле логического условия и два поля адреса, а для первого случая — только одно поле адреса.

Чаще всего в быстродействующих УАПЛ используется формат микрокоман­ды, приведенный на рис. 4.10. Такой способ адресации микрокоманд принято называть принудительным, здесь явно указываются оба возможных адреса перехода, причем расположение микрокоманд в ячейках памяти может быть произвольным.

Если в ГСА встречаются цепочки из к последовательных условных вершин, последняя из которых связана с операторной вершиной, то для их реализации в рамках формата микрокоманды, представленной на рис. 4.10, потребуется к микрокоманд (а следовательно, к тактов), в каждой из которых, кроме по­следней, поле микроопераций будет пустым. При выполнении таких микро­команд в операционном автомате никаких действий не выполняется (он "про­стаивает"!), а управляющий автомат тратит к-\ тактов на определение сле­дующего адреса.

Когда в ГСА встречается большое число таких цепочек, снижение произво­дительности системы становится существенным. В этом случае используют другие подходы к формированию следующего адреса микрокоманды. На­пример, на рис. 4.11 представлен фрагмент ГСА, при реализации которого необходимо последовательно проверить три логических условия. Для быст­рой реализации этого фрагмента достаточно выбрать некоторый базовый ад­рес (в данном случае он должен быть кратным 8), начиная с которого в ПЗУ микропрограмм расположить последовательно блок микрокоманд у\у-У2о-Для определения адреса очередной микрокоманды достаточно к базовому адресу прибавить (приписать справа) значение вектора логических условий х^х₂х₂. Адрес следующей микрокоманды определяется, таким образом, за один такт, но разработчик лишается возможности произвольного размещения микрокоманд в памяти.

Если в ГСА имеется большое число линейных участков и, следовательно, безусловных переходов, то применение принудительной адресации ведет к неэффективному использованию памяти. Действительно, при безусловном переходе информативным является только поле адреса перехода А1, а поля х и АО — не используются.

В целях уменьшения длины поля адреса микрокоманды можно использовать т. н. естественную адресацию (рис. 4.12), напоминающую механизм адреса­ции команд в программе. В этом случае в состав устройства формирования адреса микрокоманды включают регистр-счетчик адреса микрокоманд, а в адресном поле микрокоманды — два поля: х и А1. Если заданное полем х условие истинно, то выполняется микрокоманда по адресу А1, иначе — мик­рокоманда по текущему значению счетчика адреса микрокоманд, предвари­тельно увеличенному на единицу.

Таким образом, УАПЛ с естественной адресацией работает с той же ско­ростью, что и УАПЛ с принудительной адресацией, при этом длина микро­команды уменьшается на длину одного адресного поля, зато в структуре УФАМК необходимо дополнительно предусмотреть регистр-счетчик.

Структурная схема микропрограммного автомата с естественной адресацией приведена на рис. 4.13. Считанные из ПЗУ микрокоманд слова помещаются в регистр микрокоманд (РгМК), причем часть микрокомандного слова де­шифрируется для выработки микроопераций, а поле адресации, естественно, используется для формирования адреса следующей микрокоманды. Мульти­плексор выбирает из множества логических условий переменную, заданную полем х, а поле i позволяет при необходимости проинвертировать значение выбранного логического условия:

Если значение выбранного логического условия истинно, то осуществляется переход по микропрограмме: при единичном значении на выходе сумматора по модулю два в регистр-счетчика адреса микрокоманды (Рг Сч А МК) за­гружается значение поля А1 микрокоманды, содержащее адрес перехода. Ес­ли условие не выполняется (ложно), то загрузки нового адреса в Рг Сч А МК не производится, зато его прежнее значение увеличивается на единицу. В слу­чае безусловного перехода (после операторной вновь следует операторная вершина) так же следует просто увеличить на единицу содержимое Рг Сч А МК. Для этого достаточно среди множества логических условий иметь кон­станту 0 (тождественно ложное логическое условие) и именно ее номер ука­зывать в поле х в случае безусловного перехода.

Итак, для реализации формата микрокоманды с естественной адресацией (рис. 4.12, а) можно использовать структуру УА, показанную на рис. 4.13. Однако не всегда такой формат обеспечит оптимальные характеристики управляющего автомата.

Действительно, на практике часто встречаются алгоритмы, содержащие в ос­новном линейные участки и лишь изредка— условные вершины. Тогда для большинства микрокоманд (для тех, за которыми в ГСА следует операторная вершина) поля переадресации формата рис. 4.12, а использоваться не будут. В этом случае имеет смысл введение двух различных форматов микрокоманд, показанных на рис. 4.12, б. Один формат содержит только информацию о микрооперациях и после выполнения такой микрокоманды всегда добавляет­ся единица к Рг Сч А МК — таким образом реализуется линейный участок. Команды другого формата применяются только в случае реализации услов­ной вершины. Как обычно, проверяется значение заданного логического ус­ловия (или его инверсии), и если оно истинно — в Рг Сч А МК загружается значение поля А1 микрокоманды, иначе к Рг Сч А МК добавляется единица.

При этом никаких микроопераций УА в этом такте не выдает и никаких дей­ствий в OA не выполняется.

Задание_

Попробуйте изменить структурную схему рис. 4.13 для работы с мик­рокомандами форматов рис. 4.12, б.

Такое решение позволяет значительно эффективней использовать ЗУ МК, однако производительность устройства несколько снижается. Естественно, если количество условных вершин велико, то велико будет и число "пустых" (для OA) тактов дискретного времени. Если это окажется неприемлемым по соображениям быстродействия, придется возвращаться к формату микро­команды рис. 4.12, а.

Кодирование микроопераций

Теперь рассмотрим, как можно использовать разряды поля микроопераций (МО). Различают [2] три способа кодирования поля микроопераций:

□ горизонтальный;

□ вертикальный;

□ смешанный.

Ранее мы говорили, что управляющий автомат проектируется для выдачи в заданной последовательности наборов микроопераций из некоторого наперед определенного множества микроопераций Y = {у_ьу₂,у„}.

При горизонтальном способе кодирования каждой микрооперации y_t е{у1,...,у_п} ставится в соответствие разряд поля микроопераций микро­командного слова. В этом случае количество разрядов поля микроопераций N равно числу п различных микроопераций, вырабатываемых УА. Достоинствами горизонтального способа кодирования являются:

□ возможность формирования произвольных микрокоманд из заданного на­бора микроопераций;

□ простота реализации схем формирования микроопераций, фактически — их отсутствие, т. к. выход каждого разряда поля микроопераций регистра микрокоманд является выходной линией УА — соответствующей микро­операцией.

Недостаток — чаще всего неэффективно используется память микрокоманд. Действительно, если число микроопераций УА составляет 80, а количество выполняемых в микрокоманде микроопераций — не более 6 (типичные ха­рактеристики для УА АЛУ), то в восьмидесятиразрядном поле микроопера­ций каждого микрокомандного слова будет не более 6 единиц.

Характеристики

Список файлов книги