Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006) (1186252), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

При вертикальном способе кодирования в поле микроопераций помещается номер выполняемой микрооперации. При этом количество разрядов N, ко­торое следует предусмотреть в поле микроопераций, определяется выраже­нием: N = k^\og₂n. Достоинство способа в экономном использовании па­мяти микрокоманд. Недостаток— в невозможности реализовать в микро­команде более одной микрооперации.

Если реализуемые алгоритмы и структура OA таковы, что в каждом такте дискретного времени выполняется не более одной микрооперации, то верти­кальный способ кодирования — оптимальное решение. В иных случаях мож­но попытаться преобразовать исходную микропрограмму к такому виду, что­бы в каждом такте выполнялось не более одной микрооперации. Например, если в микропрограмме (представленной в форме ГСА) имеется операторная вершина, в которой устанавливаются в исходное состояние несколько ячеек (элементов) памяти (и, следовательно, она включает несколько микроопера­ций), то ее можно заменить на несколько вершин, в каждой из которых уста­навливается только один элемент с помощью одной микрооперации. Теперь можно применить вертикальный способ кодирования, правда, при этом уве­личивается время реализации алгоритма.

Однако во многих случаях структура операционного автомата не допускает возможности разнесения во времени некоторых действий, управляемых раз­личными микрооперациями. Тогда вертикальный способ кодирования поля микроопераций не применим.

Вертикальный и горизонтальный способы кодирования — две крайности. Ис­тина обычно лежит "посередине". Рассмотрим смешанный способ кодирова­ния, идея которого состоит в следующем. Если во всех микропрограммах, реализуемых УА, нет микрокоманды с большим, чем s , числом микроопера­ций, то в поле микроопераций можно предусмотреть s подполей разряд ностью к, в каждом из которых помещать номер нужной микрооперации Такой способ позволяет в любой микрокоманде реализовать произвольную s-ку микроопераций, т. е. сохранить гибкость горизонтального кодирования, при возможном значительном сокращении разрядности поля микроопераций: N = s-k = s\og₂n. Так, для приведенного выше примера (« = 80, s = 6) оп­ределим к = 1 > log₂ 80, N = 7 • 6 = 42 (тоже, конечно, немало), что позволит почти вдвое сократить разрядность поля микроопераций по сравнению с гори­зонтальным способом кодирования.

Эффективность применения смешанного кодирования существенно зависит от значения s , которое может лежать в диапазоне 1 й s < п. При s = 1 имеем случай вертикального кодирования, при s - п — горизонтального.

Канонический способ смешанного кодирования, идея которого представлена выше, предполагает, что каждое из s подполей микроопераций содержит к разрядов, следовательно, в любом подполе можно закодировать любую микро­операцию у s Y. Возможно, например, построение микрокоманды, содержа­щей s одинаковых микроопераций у^^.-У/, что является явно бессмыс­ленным.

С целью сокращения разрядности полей микроопераций множество микро­операций Y разбивается на подмножества Y_x, Y₂,Y_p, такие, что

Каждое подполе поля микроопераций кодирует микрооперации только одного подмножества Y_tczY . Поскольку V|^-| <|у|, разрядность к, каждого из под-полей может быть меньше к . Очевидно, при "удачном" (пока скажем так) рас­пределении микроопераций по подмножествам можно будет реализовать любую операторную вершину ГСА микропрограммы с помощью одной микрокоманды (т. е. достигнуть быстродействия, характерного для горизон­тального способа кодирования), при этом значительно уменьшить разрядность поля микроопераций даже по сравнению с каноническим способом смешанно­го кодирования.

"Удачное" разбиение исходного множества микроопераций связано с поняти­ем совместимости (несовместимости) микроопераций [7]. Некоторые из используемых в микропрограмме микроопераций могут выполняться парал­лельно во времени, в то время как другие — только последовательно. Свой­ство совокупности микроопераций, гарантирующее возможность их одно­временного выполнения, называется совместимостью. Микрооперации, не обладающие указанным свойством, называются несовместимыми.

Рассматриваются два аспекта совместимости. Совместимость, обусловленная содержанием операторов, реализуемых под действием микроопераций, назы­вается функциональной. Примером двух функционально несовместимых микроопераций могут взаимно несовместимые микрооперации. При проектировании УА возникает нопрос: какой тип совместимости микроопераций учитывать при разбиении исходного множества Y на подмножества?

Если несовместимыми считать только те микрооперации, которые принципи­ально нельзя реализовать на заданной (спроектированной) структуре OA, то таких пар окажется немного, большинство микроопераций будут попарно совместимыми, следовательно, их необходимо включать в разные подмноже­ства. При этом число подмножеств р может превысить значение s и при­ближаться к п.

Если рассматривать в качестве совместимых только те микрооперации, кото­рые размещаются в одной операторной вершине реализуемых алгоритмов, а все остальные считать несовместимыми, даже если их можно выполнить од­новременно в структуре OA (но не требуется при реализации данных алго­ритмов), то р —> s , эффективность кодирования будет значительно выше. Правда, если потребуется модифицировать реализуемый алгоритм или доба­вить еще группу алгоритмов для реализации, и в одной операторной вершине окажутся микрооперации, включенные ранее в одно подмножество, придется заново перепроектировать УА.

Разработано несколько формальных методов [7] разбиения множества мик­роопераций на подмножества. В простейшем случае можно воспользоваться методом "прямого включения". Рассмотрим пример проектирования УАПЛ по заданной микропрограмме.

Пример проектирования УАПЛ

Мы уже говорили, что исходным для проектирования УА является микропро­грамма, представленная, например, в форме ГСА. На рис. 4.14 изображена некоторая микропрограмма, которую мы будем считать исходной для проек­тирования нашего автомата.

Заметим, что на этапе проектирования управляющего автомата семантика ГСА не рассматривается: сейчас нас уже не интересует "правильность" мик­ропрограммы относительно реализуемого алгоритма. Просто имеется син­таксически правильно построенная ГСА и требуется разработать устройство, реализующее это поведение.

В качестве управляющего устройства будем проектировать управляющий микропрограммный автомат с программируемой логикой.

Общая структура такого устройства представлена на рис. 4.8. Исходя из опи­санных выше вариантов организации адресации и способов кодирования поля микроопераций, выберем естественную адресацию и смешанный способ кодирования микроопераций. Ограничимся единственным форматом микро­команды.

Определение формата микрокоманды

На разрядность полей микрокоманды влияют следующие параметры:

□ количество различных микроопераций, формируемых УА, в конечном итоге определяет (с учетом выбранного способа кодирования) длину поля микроопераций;

□ количество различных логических условий определяет длину поля л:;

□ количество вершин ГСА связано с общим числом микрокоманд, а следо­вательно, с объемом памяти микропрограмм и разрядностью поля адреса микрокоманды.

Множество микроопераций У, используемых в заданной ГСА — Y\У\*Уг»У\э}* мощность множества |г| = 13. При горизонтальном ко­дировании поле микроопераций будет занимать 13 разрядов. Верти­кальный способ кодирования микроопераций к заданной ГСА неприме­ним, поскольку ГСА содержит вершины с двумя и тремя микроопера­циями. Попробуем реализовать разбиение множества Y на подмножества несовместимых микроопераций. Воспользуемся методом прямого включения, учитывая, что отношение совместимости задано на самой ГСА. Строго гово­ря, следовало бы построить матрицу совместимости микроопераций, но в рассматриваемом примере небольшой размер алгоритма позволяет опреде­лять отношение совместимости непосредственно по ГСА. На сколько подмножеств следует разбивать исходное множество? По мень­шей мере, на 5 = 3 в нашем случае. Образуем три подмножества — Y_x, Y₂, Г₃ и разместим в них микрооперации операторной вершины, имеющей s микроопераций. Если в ГСА таких вершин несколько— выберем любую из них.

Теперь разместим по множествам микрооперации следующей вершины, содержащей (в нашем случае) три микрооперации:

Заметим, что первая микрооперация второй рассматриваемой вершины совпадает с первой микрооперацией первой вершины. Она уже при­сутствует в множестве Y_x (y_xeY_x), поэтому не включается вторично. Наконец, разместим микрооперации третьей "тройной" вершины:

Теперь нераспределенными остались микрооперации (некоторые) "двой­ных" и "одинарных" вершин. Вершина (у₂, У(,)— обе микрооперации несовместимы с уже распределенными, поэтому могут располагаться произвольно, лишь бы они находились в разных подмножествах:

Вершина (у₂, Уд)— Уд нельзя помещать в Y_x, поскольку совместимая с ней у₂ gY_x. Подмножества лучше заполнять равномерно, поэтому раз­местим уд в У₃:

Остались две нераспределенные микрооперации— у₃ и у_хо, первая из кото­рых совместима с у₅, поэтому ее нельзя помещать в Y₂, а вторая несовмес­тима ни с какими другими и может размещаться произвольно. Поместим их в множество, имеющее пока наименьшую мощность — Y_x:

Все 13 микроопераций распределились по трем подмножествам, при этом выполняются условия (4.8) (т. е. имеет место разбиение исходного множества У), однако УА обычно должен вырабатывать еще одну микрооперацию, сви­детельствующую об окончании выполнения алгоритма и предназначенную для использования не в OA, а в управляющем автомате верхнего уровня иерархии. Назовем эту микрооперацию у_к и включим в произвольное мно­жество (например, в У₂), поскольку она, естественно, несовместима ни с од­ной микрооперацией. Итак, имеем следующее распределение:

Характеристики

Список файлов книги