Загальні відомості про керуючі автомати

 

Для кожної операції будується набір комбінаційних схем, які в потрібних тактах збуджують відповідні керуючі сигнали. Іншими словами, будується скінчений автомат, в якому необхідна множина станів представляється станами k запам’ятовуючих елементів:q = {q₁, q₂, …, q_k}.

Керуючий автомат з зберігаємою в пам’яті логікою (програмованою логікою). Кожній операції, що виконується в операційному пристрої, ставиться у відповідність сукупність зберігаємих в пам’яті слів-мікрокоманд, кожна з яких містить інформацію про мікрооперації, що підлягають виконанню на протязі одного машинного такту, та вказівку (яка в загальному випадку залежить від значень вхідних сигналів), яке повинно бути вибране з пам’яті наступне слово (наступна мікрокоманда). Таким чином, в цьому випадку функції переходів та виходів А та В_і керуючого автомату реалізуються зберігаємою в пам’яті сукупністю мікрокоманд. В основі опису керуючих автоматів лежить принцип мікропрограмного керування. Він полягає в тому, що будь-яка операція розглядається як складна, що містить більш прості операції, які називаються мікроопераціями; тобто кожна операція-це визначена послідовність мікрооперацій [3].

Послідовність мікрокоманд, що виконують одну машинну команду чи окрему процедуру, створює мікропрограму. Звичайно мікропрограми зберігаються в спеціальній пам’яті мікропрограм (керуючій пам’яті).

В керуючих автоматах з зберігаємою в пам’яті програмою мікропрограми використовуються в явній формі, вони програмуються в кодах мікрокоманд і в такому вигляді заносяться в пам’ять. Тому такий метод управління цифровим пристроєм називається мікропрограмуванням, а керуючі блоки, що використовують цей метод - мікропрограмними керуючими пристроями.

В залежності від прийнятого способу кодування мікрооперацій розрізняють три варіанти організації мікропрограмного керування: горизонтальне, вертикальне та комбіноване мікропрограмування. При горизонтальному мікропрограмуванні для кожної мікрооперації виділяється один розряд у мікрокоманді. При такому кодуванні всі операції, що виконуються одночасно, визначаються одиницями у відповідних розрядах однієї мікрокоманди. Код операції задає адресу першої мікрокоманди в мікропрограмі. Адреси наступних мікрокоманд визначаються за принципом примусової адресації, згідно цього мікрокоманда складається з двох частин-мікроопераційної та адресної. Основною перевагою горизонтального мікропрограмування є висока швидкодія як за рахунок простоти та можливості одночасної генерації довільного числа сигналів мікрооперацій, так і за рахунок швидкого формування адреси наступної мікрокоманди. Однак при горизонтальному мікропрограмуванні довжина поля мікрооперації повинна бути не менша за максимальну кількість несумісних мікрооперацій, тобто вимагаються довгі формати мікрокоманд та комірки запам’ятовуючого пристрою, що призводить до значних витрат обладнання. Крім того, лише невелике число розрядів в полі мікрооперації буде містити одиниці, тобто запам’ятовуючий пристрій буде використовуватись неефективно.

Скоротити довжину мікрокоманд дозволяє застосування вертикального мікропрограмування, при якому кожна мікрооперація кодується] log₂ n [ - розрядним кодом, де n - загальна кількість мікрооперацій. Таке кодування накладає обмеження на методи виконання операцій, а саме: не повинно бути операцій, що потребують одночасного виконання ряда мікрооперацій. В тих випадках, коли це обмеження виконати неможливо, треба використовувати складні мікрооперації, що складаються з сукупності простих.

При вертикальному кодуванні мікрокоманд кожна мікрооперація, які виконуються в окремому стані керуючого автомата, нумерується двійковим кодом. Згідно алгоритму в нас є такі мікроперації, які можна виконати одночасно. Тому ми виділимо 3 поля для кодів мікрооперацій. В кожному такому полі буде розміщено двійковий код певної мікроперації. При цьому коди мікрооперацій, які виконуються одночасно, будуть міститися в різних полях.

Для кодування мікрооперацій ми за допомогою граф-схеми алгоритма визначаємо мікрооперації Y, які виконуються в певному стані Аn керуючого автомата і присвоюємо кожній мікрооперації в окремому полі двійкове число - код (див. таблицю 2.1). Для кодування мікрооперацій нам потребується 4 розряди.

Таблиця 2.1 - Кодування мікрооперацій

Y	Код Y
Y1 Y2	00001
Y3 Y4	00010
Y5 Y6	00011
Y7 Y8	00100
Y9 Y10	00101
Y11 Y12	00110
Y13 Y14	00111
Y15 Y16	01000
Y17 Y18	01001
Y19 Y20	01010
Y21	01011
Y22	01100
Y23	01101
Y24	01110
Y25	01111
Y26	10000
Y27	10001
Y28	10010
Y29 Y30	10011
Y31 Y32	10100

 

Закодуємо умови переходу Х. За алгоритмом в нас є 4 умови переходу Х1. Х4. Визначимо також Х0, яку ми будемо використовувати для переходу в заданий стан автомата. Для кодування умов переходу від 0 до 4 нам потребується 3 розряди мікрокоманди (див таблицю 2.2).

Таблиця 2.2 - Кодування умов переходу

Х	Код
Х0	000
Х1	001
Х2	010
Х3	011
Х4	100

 

Розробка карти прошивки ПЗП

 

Використовуючи таблицю 2.1, таблицю 2.2 та граф-схему алгоритму, складемо карту програмування ПЗП керуючого автомату наступним чином:

Якщо в даному стані автомата (див. граф-схему алгоритму) виконуються мікрооперації, то записуємо операційну мікрокоманду, якщо виконується умовний або безумовний перехід в заданий стан, то записуємо керуючу мікрокоманду.

Операційна мікрокоманда складається з розряду признаку, в який записується "0”, і операційної частини, в яку записується двійковий код виконуваних мікрооперацій згідно таблиці 2.2.

Операційна мікрокоманда складається з розряду признаку, в який записується "1”, поля умови, в який записується двійковий код умови переходу згідно таблиці 2.2, і адресної частини, яка містить адресу переходу.

Мікропрограма описує послідовність переходу керуючого автомата їз одного стану в наступний стан. В кожному такому стані аналізується вміст окремої мікрокоманди:

Якщо розряд признаку Р=0, то виконується мікрооперації, код яких записаний в полі Y і відбувається перехід на наступну мікрокоманду.

Якщо розряд признаку Р=1 і умова, код якої записаний в полі Х, справджується (Х=1), то відбувається перехід на мікрокоманду з адресою, вказаною в полі А, інакше відбувається перехід на наступну мікрокоманду.

 

Таблиця 2.3 - Карта прошивки ПЗП

Стан	Адреса	Y	X	A0 (x=1)	A1 (x=0)
A0	00000	00000	000	0001	*
A1	00001	00001	000	00010	*
A2	00010	00010	000	00011	*
A3	00011	00011	000	00100	*
A4	00100	00100	000	00101	*
A5	00101	00101	000	00110	*
A6	00110	00110	000	00111	*
A7	00111	00111	000	01000	*
A8	01000	01000	000	01001	*
A9	01001	01001	000	01010	*
A10	01010	01010	001	01011	10010
A11	01011	01011	000	01100	*
A12	01100	01100	010	01110	01101
A13	01101	01101	000	01110	*
A14	01110	00000	011	10000	01111
A15	01111	01110	000	10000	*
A16	10000	00000	001	10001	11001
A17	10001	01111	000	01100	*
A18	10010	10000	000	10011	*
A19	10011	10001	010	10101	10100
A20	10100	01101	000	10101	*
A21	10101	00000	011	10111	10110
A22	10110	01110	000	10111	*
A23	10111	00000	001	11001	11000
A24	11000	10010	000	10011	*
A25	11001	10011	100	11010	01010
A26	11010	10100	000	00000	*

 

Функціональну схему керуючого автомату наведено в додатку Г.

На схемі позначено:

РгМк - регістр мікрокоманд;

Р - розряд признаку;

ПМ - пам’ять мікрокоманд;

ЛС - логічна схема;

Ліч - лічильник.

Висновки

 

В даній курсовій роботі було розроблено операційний та керуючий автомати і машинний алгоритм виконання операції ділення в оберненому коді без відновлення двох чисел з плаваючою комою в двійково-десятковому коді. Використання алгоритму ділення чисел без відновлення остачі виправдане його швидкодією в порівнянні з алгоритмом ділення чисел з відновленням остачі. А використання операндів з плаваючою комою дозволяє отримати результат достатньої точності.

Перелік посилань

1. Журавлев К. С ”Надежность и контроль ЄВМ”. Москва, ”Энергоатомиздат”, 1984.

2. Каган Б. М "Электронные вычислительные машины и системы”. Москва, "Энергоатомиздат ”, 1991.

.   Лысиков Б. Г "Арифметические и логические основы цифровых автоматов”. Москва, "Высшая школа”, 1985.

.   Майоров Б. С, Новиков А. Р ”Структура ЭВМ”. Москва, ”Высшая школа”, 1975.

.   Савельев А. Я "Прикладная теория цифровых автоматов”. Москва, "Высшая школа”, 1987.

.   Самофалов К. С "Цифровые ЭВМ”. Киев, ”Вища школа”, 1989.

Додатки