ОперационныйСинтез (775245), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Набор выполняемых операций (микроопераций). Один операционный элемент может использоваться при выполнении многих микроопераций. Каждая из них может завершаться или выдачей соответствующих выход­ных информационного или осведомительного слов, или установлением некоторого слова внутреннего состояния (для операционных элемен­тов автоматного типа). Во всех этих случаях микрооперации пред­ставляются соответствующими записями (см. разд. 1.3.2), содержа­щими некоторую микрокоманду и предложения присваивания. Признаком того, что микрооперация осуществляется в данном операционном эле­менте, является наличие в левой части предложения присваивания или имени операционного элемента, или представлений его отдельного разряда или поля. В качестве примера можно привести три микроопе­рации, осуществляемые в одном и том же операционном элементе авто­матного типа, описанном ранее как РГ{0:31} :

РГ=А; РГ{0}= 1;

?????

В первой из приводящихся микроопераций в рассматриваемый опе­рационный элемент вводится некоторый код А. Во второй микроопе­рации устанавливается значение только одного нулевого разряда. В последней микрооперации производится обнуление второго байта сло­ва внутреннего состояния. Все приведенные микрооперации в своей совокупности определяют функциональные свойства рассматриваемого операционного элемента.

Описание внешних связей. Операционный элемент в операционной структуре связан с другими элементами информационными и осведоми­тельными цепями или шинами. Цепь предназначена для передачи оди­ночного сигнала, шина - для многоразрядного, т.е. кода. Каждая шина может именоваться самостоятельно или иметь имя операционного элемента, из которого она выходит, т.е. для которого она является выходной. Имя кода, передаваемого по шине, должно совпадать с име­нем шины. При этих условиях все входные шины операционного элемен­та должны быть упомянуты в правых частях предложений присваивания его микроопераций. Таким образом, совокупность микроопераций, реализуемых в некотором операционном элементе, содержит в себе ин­формацию о всех его входных шинах. Выходная шина операционного элемента в полной мере описана только в микрооперациях других опе­рационных элементов, входящих в состав рассматриваемого операцион­ного устройства.

Описание управляющих сигналов (микрокоманд). Все микрокоман­ды, управляющие выполнением микроопераций в данном операционном элементе, содержатся в записях соответствующих микроопераций. Сле­дует отметить, что при этом не рассматривается внутренняя физическая структура команд, которая уже относится к внутренним харак­теристикам операционных элементов, к детальным особенностям их внутреннего функционирования. Подытоживая обсуждение внешних харак­теристик операционного элемента, обращаем внимание на то, что все его характеристики приобретают конкретный смысл только тогда, ког­да он рассматривается как составная часть операционного устройства.

2.1.2. Внешние информационные характеристики операционных эле­ментов. Характеристики этой группы определяют содержательный смысл всех одиночных сигналов и слов, поступающих на операционный элемент и формируемых в нем. С формальной точки зрения, если го­ворить в терминах алгоритмических или описательных языков, эти характеристики связаны с определением семантики процесса обработки информации. Характеристики содержат смысловое, содержательное оп­ределение входных и выходных слов, осведомительных и управляющих сигналов, а также определение всех используемых при этом кодов и операций над ними.

Необходимость использования характеристик этой группы следу­ет по крайней мере из двух причин. Первая из них заключается в том, что чисто формальное описание функциональных свойств операци­онных элементов не обладает той степенью наглядности, чтобы позволять по своему тексту полно воспринимать все многообразие выполня­емого преобразования. Будучи предельно точным, оно, к сожалению, не дает общей картины процесса обработки. Так, например, специа­лист в области вычислительной техники без затруднений сможет пред­ставить себе операцию умножения чисел, представленных в дополни­тельных кодах. Если же ему придется разбираться в работе устрой­ства, выполняющего эту операцию только на основе соответствующих микроопераций, то с уверенностью можно сказать, что осмысливание работы такого устройства ему дастся с большим трудом. Вторая при­чина связана с достаточно близким, но все же различным ходом выполнения одноименных операций над числами, представленными в тех или других кодах. Так, большинство операций над различными машин­ными кодами - прямым, обратным или дополнительным - отлично друг от друга казалось бы в незначительных деталях, но эти отличия прин­ципиальны. На уровне же микроопераций это проявляется чрезвычайно не наглядно.

Операции над некоторыми символическими кодами или кодами в остаточных классах, находящих свое применение в цифровой технике, могут быть настолько громоздкими, что их прочтение по формальной записи будет почти невозможно. Вообще задание внешних информацион­ных характеристик, видимо, должно предшествовать получению формаль­ных описаний. Эти характеристики могут выступать как часть задания на формальное описание.

2.1.3. Внешние электрические характеристики операционных эле­ментов. Задание внешних электрических характеристик операционных элементов необходимо при определении возможности их соединения с другими операционными элементами, входящими в состав одного опера­ционного устройства. Это в особенности важно при использовании в качестве операционных элементов СИСов. Построение операционных устройств может потребовать применения СИСов различных серий, при этом, естественно, эти СИСы должны быть совместимы по всем их элек­трическим параметрам.

К числу учитываемых электрических характеристик могут быть отнесены:

1. Электрические уровни (токов, напряжений или каких-либо других параметров), используемые для представления логических "0" и "1".

2. Задержки срабатывания (следует отметить, что временные ха­рактеристики могут представляться в чрезвычайно разнообразных формах).

3. Вид синхронизации: синхронные или асинхронные элементы. Для синхронных элементов может быть важным указание направления перепада, по которому осуществляется синхронизация.

4. Нагрузочные способности выходов и т.д.

Все электрические характеристики, подобно информационным, могут рассматриваться как семантические пояснения к строгому фор­мальному определению функциональных характеристик операционных элементов. В связи с этим их представление может осуществляться многими способами.

2.2. Внутренние характеристики операционных элементов

Заметим, что рассмотренные внешние характеристики операцион­ных элементов не равноценны. Так, внешние функциональные характе­ристики определяют само назначение элемента, его сущность. Их из­менение недопустимо. В то же время электрические характеристики в какой-то мере говорят о качественных показателях операционного элемента. Он может быть более или менее быстродействующим, обла­дать возможностью к связи с большим или меньшим числом других эле­ментов, однако при этом он останется тем же самым операционным элементом, если только останутся неизменными его функциональные свойства. Очевидно, что внешние качественные показатели операцион­ных элементов зависят от их внутренних свойств, представленных на­бором внутренних характеристик. К их числу могут быть отнесены все характеристики, связанные с выбранными методами и средствами реа­лизации операционного элемента на некоторых реальных физических элементах.

2.2.1. Внутренние функциональные характеристики операционно­го элемента. Необходимость реализации операционного элемента с за­данными внешними функциональными характеристиками может потребо­вать определенной структурно - функциональной организации элемента, выбора специальных форм представления сигналов.

Структурно-Функциональная организация операционных элемен­тов зависит от общих принципов структурной организации элементов и выбора конкретного метода реализации заданной микрооперации. В качестве общих принципов структурной организации операционных эле­ментов, как правило, используются описанные в главе 1, разд. 1.4.1 и 1.4.2 принципы структурной организации, основывающиеся на кано­ническом представлении операционного элемента, т.е. с разделением его на комбинационную и автоматную части, и регуляризации структуры. Влияние выбора конкретного метода выполнения микрооперации может быть проиллюстрировано на примере такой операции, как сло­жение кодов. Эта микрооперация допускает различные реализации в последовательной или параллельной форме, с формированием последо­вательного или сквозного переноса, или же совсем без переноса, с организацией переноса по группам разрядов, с одновременным много­разрядным сложением и т.д. Результат операции во всех случаях бу­дет один и тот же, а структурная организация операционного эле­мента будет существенно отличаться.

Внутренние формы представления машинных слов. Выбор опреде­ленных методов реализации микроопераций может потребовать использования внутри операционных элементов форм кодирования, отличных от используемых при внешних передачах. Так, например, при выполне­нии операции сложения целесообразно использование модифицирован­ных машинных кодов, т.е. кодов с удвоением знаковых разрядов, что обеспечивает простое обнаружение переполнения разрядной сетки. Практика цифровых устройств знает много примеров и более сложного преобразования кодов. Так, например, в ЭВМ ЕС мантиссы чисел в запи­си с плавающей запятой представляются прямым кодом, а при выполне­нии операций сложения или вычитания в случае необходимости преобра­зуются в дополнительный код.

2.2.2. Структурно-логические характеристики операционных эле­ментов связаны с конкретной логической реализацией функциональной организации на выбранной элементной базе. К соответствующим харак­теристикам при этом можно отнести:

1. Тип элементной базы.

1. Общие характеристики логических цепей: логическая струк­тура, сложность, число ступеней и т.д.

2. Формы временного управления логическими элементами (формы тактирования, асинхронное функционирование).

1. Временные диаграммы функционирования и т.д.

2.2.3. Внутренние электрические характеристики операционных элементов, как правило, представляются только двумя следующими:

1. Электрические уровни представления логических "0" и "1" (в различных точках операционного элемента может одновременно ис­пользоваться как "положительная", так и "отрицательная" логики,
   устанавливающие различное соответствие между логическими и элек­трическими сигналами).

2. Временные характеристики логических цепей (часто рассмат­риваются различия в задержках следования сигналов переключения по различным цепям элемента).

Глава 3. ОПЕРАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОМБИНАЦИОННОГО ТИПА

3.1. Предварительные замечания

Операционные элементы комбинационного типа представляют со­бой сложные логические устройства без памяти. Выходные сигналы та­ких элементов у = {y₁, y₂, ..., y_k} формируются как булевские функ­ции наборов входных сигналов x = {x₁, x₂, ..., x_n} и определяются либо таблицами истинности, либо выражениями алгебры логики [1]: y₁ = F₁(x), у2 = F₂(х) , ..., у_к = F_k(х). В операционных элемен­тах входные сигналы образуют n -разрядное входное слово х{1:n}, а выходные сигналы - k - разрядное выходное слово y{1: k}, поэто­му операционный элемент может рассматриваться как логическое ком­бинационное устройство, преобразующее входное слово X в выходное слово У. Это преобразование осуществляется согласно требованиям функции F, включающей в себя функции преобразования индивидуаль­ных выходных сигналов F₁, F₂, ..., F_k.

Работа операционного элемента комбинационного типа описыва­ется предложением операционного описания следующего вида:

y{1:k} = F(x{1:n}), (3.1)

Заметим, что выходные сигналы элемента у всегда cтоят слева от знака равенства (точнее - присваивания), а входные сигналы х - справа. Поэтому предложения y = x и х = у имеют разный смысл; в первом случае входной сигнал X формирует выходной сигнал у, во втором - входной сигнал у формирует выходной сигнал х.

Характеристики

Список файлов книги