Этап разработки структуры операционного автомата

Анализ алгоритма деления чисел, представленного выше на рисунке 5, позволяет разработать структуру операционного автомата.

Учитывая действия, которые требуется выполнить для реализации алгоритма, включим в состав операционного автомата следующие элементы:

- два 16-разрядных регистра Рг A и Рг B для хранения исходных операндов и , а также промежуточных результатов (регистр Рг A должен обеспечивать возможность сдвига своего содержимого влево);

- 16-разрядный регистр Рг C для хранения результата арифметической операции сложения или вычитания (в процессе выполнения алгоритма, в данном регистре будет формироваться остаток , а на последнем этапе в него будет помещен результат - частное );

- 16-разрядный регистр Рг D с возможность сдвига своего содержимого влево для хранения частного в процессе его формирования;

- 16-разрядный параллельный двоичный сумматор Сум/Выч для выполнения операций сложения и вычитания двоичных чисел;

- 4-разрядный счетчик Сч n по модулю 16 для выполнения обратного счета цифр частного ;

- триггер переполнения Тг O для хранения признака переполнения разрядной сетки;

- триггер знака Тг s для временного хранения знака частного;

- схема сравнения (проверки равенства) знаковых битов операндов A и B;

- дешифратор DC "0" нулевой комбинации в битах C[1] - C[15], формирующий признак нулевого результата.

Связи между перечисленными выше элементами, а также управляющие ими микрооперации показаны на рисунке 6.

 

 

Рисунок 6 – Структурная схема операционного автомата

1.2.3.4 Этапы определения множеств выполняемых в операционном автомате микроопераций и формируемых в нем логических условий

 

В таблице 1 приведен полный список микроопераций и логических условий, используемых операционным автоматом.

 

Таблица 1- Список микроопераций и логических условий, используемых операционным автоматом

 

Микрооперация	Действие		Микрооперация	Действие		Логическое условие	Отношение

 

Очевидно, что любые действия, обозначенные в операторных блоках блок-схемы алгоритма, представленной на рис. 5, могут быть реализованы в структуре разработанного операционного автомата, изображенной на рис. 6.

Далее определим, какая последовательность микроопераций должна быть реализована в разработанной структуре, чтобы выполнилась операция деления в соответствии с алгоритмом, изображенным на рисунке 5.

Простейшим решением является сохранение схемы алгоритма и замена содержимого операторных блоков соответствующими микрооперациями, а содержимого условных блоков – соответствующими логическими условиями.

Полученная указанным способом блок-схема и будет являться микропрограммой, которую можно рассматривать в качестве исходного данного при проектировании управляющего автомата.

При этом содержимое операторного блока блок-схемы будет соответствовать действиям, выполняемым устройством за один такт дискретного времени.

При проектировании цифровых устройств, стремятся достичь макси-мальной скорости их работы, эффективным способом достижения чего явля-ется распараллеливание – одновременное выполнение некоторых операций.

Поэтому, в процессе преобразования блок-схемы алгоритма в блок-схему микропрограммы, следует объединять в одном операторном блоке те микро-операции, которые могут быть в данной структуре выполнены одновременно с учетом реализуемого алгоритма.

Совокупность микроопераций, выполняемых параллельно за один такт дискретного времени, называется микрокомандой.

Анализируя блок-схему, изображенную на рисунке 5, можно заметить, что: операторы и можно выполнить в операционном автомате, структура которого представлена на рисунке 6, одновременно; то же можно сказать о паре операторов и , ряде других операторов; операторы и нельзя выполнять одновременно.

При желании, можно ускорить процесс выполнения указанной пары операторов, передав информацию из переменной в переменную со сдвигом влево на один разряд, то есть выполнив оператор , что, однако, будет соответствовать операционному автомату иной структуры.

Проанализировав с данной точки зрения исходный алгоритм, получим микропрограмму, приведенную на рисунке 7.

Микропрограмма определяет, в какой последовательности и в зависи-мости от каких условий должны выдаваться микрокоманды для реализации операции деления на разработанной структуре операционного автомата.

Следующим этапом является разработка управляющего автомата, который обеспечивал бы выдачу микрокоманд в последовательности, заданной микропрограммой.

 

 

Рисунок 7 – Микропрограмма деления двоичных чисел

без восстановления остатка

1.3 Цифровi автомати як основа побудови комп`ютерiв

 

Арифметико-логические устройства (АЛУ) предназначены для выполнения операций над машинными словами.

Машинные слова могут быть заданы следующими способами: перечислением их разрядных значений (разрядов) в двоичном представлении; описанием, которое состоит из идентификатора (последовательности букв и цифр, начинающейся с буквы), справа от которого в скобках указываются номера старшего и младшего разрядов слова.

Например, слова можно задать следующим образом:

.

Если разрядность (длина) слова предварительно оговорена, то оно может быть представлено одним идентификатором, то есть в виде .

Поле (часть слова) обозначается идентификатором слова с указанием номера старшего и младшего из разрядов, принадлежащих полю. Например, слово можно разделить на поля

Слово может быть определено последовательностью описаний полей и разрядов, отделенных друг от друга точками.

При этом любое поле может быть представлено двоичными цифрами.

Возможны, например, следующие записи:

.

Такие слова называются составными.