Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Лекція 2-1
ОПЕРАЦІЙНІ ПРИСТРОЇ (ОП)
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Принцип мікропрограмного управління
Для виконання операцій над інформацією використовуються ОП (процесори, контролери), функцією яких є виконання заданої множини операцій F= {f1, f2,…,fG} над вхідними словами D= {d1, d2,…,dH} з метою отримання необхідних результатів R= {r1, r2,…,rQ}:
R=fg(D).
Функціональна і структурна організація ОП, що визначає порядок його функціонування, базується на принципі мікропрограмного управління.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Принцип мікропрограмного управління
1. Будь-яка операція, реалізована пристроєм, розглядається як складна дія, яка поділяється на послідовність елементарних дій над словами інформації, званих мікроопераціями.
2. Для управління порядком виконання мікрооперацій використовуються логічні умови, які, в залежності від значень слів, перетворюваних мікроопераціями, приймають значення 0 або 1.
3. Процес виконання операції в операційному пристрої описується в формі алгоритму, який представляється в термінах мікрооперацій та логічних умов і називається мікропрограмою.
Мікропрограма визначає порядок перевірки значень логічних умов і виконання мікрооперацій з метою отримання необхідного результату.
4. Мікропрограма використовується як форма представлення функції ОП, на основі якої визначається структура і порядок функціонування ОП в часі.
Полягає в наступному:
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
У функціональному і структурному відношенні ОП поділяється на дві частини:
операційний автомат (ОА);
керуючий автомат (КА).
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
ОА служить для прийому вхідної інформації (вхідних даних), зберігання, перетворення і видачі результатів.
КА задає порядок виконання дій в ОА, який визначається прийнятим алгоритмом (мікропрограмою) виконання операцій.
Функція часу не притаманна ОА, а властива тільки КА.
ОП працює такт за тактом. У відповідності зі значеннями логічних умов {xi}, які надходять з ОА, КА в кожному такті формує необхідний набір керуючих сигналів {yj}, кожен з яких відповідає виконуваній мікрооперації. Кожній мікрооперації відповідає свій керуючий сигнал.
Основними характеристиками ОП є:
продуктивність (кількість мікрооперацій, виконуваних за такт);
швидкодія (інтервал часу на 1 такт; чим менше інтервал, тим вище швидкодія);
витрати обладнання.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Як приклад розглянемо ГСА виконання операції множення цілих двійкових знакових чисел:
A = -6 = 1.010 (+6 = 0.110)
B = -5 = 1.011 (+5 = 0.101)
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Функції ОА зводяться до вводу-виводу та зберіганню слів інформації, виконанню мікрооперацій і обчисленню логічних умов.
Щоб реалізувати ці дії, необхідний набір елементів, достатній для побудови структур із заданими функціями. Такий набір елементів називається структурним базисом ОА.
Основними операційними елементами, які використовуються в ОА, є:
1. Шини, що забезпечують передачу інформації, являються керованими.
2. Регістри.
3. Комбінаційні схеми, які використовуються для перетворення інформації і формування логічних умов.
ОПЕРАЦІЙНІ АВТОМАТИ
Загальні питання функціонування ОА
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
У загальному вигляді структура ОА може бути представлена наступним чином:
Φ - комбінаційні схеми, що виконують перетворення;
S - пам'ять;
Ψ - комбінаційні схеми, що формують повідомлюючі сигнали.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Основними характеристиками ОА, як і КА є:
Продуктивність.
Швидкодія.
Витрати обладнання.
Продуктивність ОА залежить від ступеня узагальнення комбінаційних схем, тобто чим вище ступінь узагальнення, тим нижче продуктивність.
Залежно від ступеня узагальнення комбінаційних схем розрізняють:
ОА з канонічної структурою;
ОА типу I;
ОА типу M;
ОА типу IM.
Самою загальною структурою ОА є канонічна структура, в якій відсутня ступінь узагальнення.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Структура ОА, яка отримана шляхом заміни кожного елемента функції (слова, мікрооперації, логічної умови) відповідними елементами структурного базису (шини, регістри, комбінаційні схеми) називається ОА з канонічної структурою.
Структуру ОА можна синтезувати безпосередньо за інформацією, заданої:
1) множиною мікрооперацій;
2) множиною слів, які можуть бути вхідними, вихідними і внутрішніми;
3) множиною логічних умов.
Операційні автомати з канонічною структурою
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Словам S1,S2,…SN, описаним в якості внутрішніх, ставляться у відповідність регістри S1,S2,…SN розрядністю n1,n2,…,nN.
Словам d1,d2,…,dH, описаним в якості вхідних, ставляться у відповідність вхідні полюси d1,d2,…,dH. Ці вхідні полюси з'єднуються шинами з входами відповідних регістрів.
Словам r1,r2,…,rQ, описаним в якості вихідних, ставляться у відповідність вихідні полюси r1,r2,…,rQ,. Виходи регістрів з'єднуються шинами з вихідними полюсами.
ПРОЕКТУВАННЯ ОА З КАНОНІЧНОЇ СТРУКТУРОЮ
4. Кожній мікрооперації, описаної оператором присвоювання Sk:= φm (Si,Sj), ставиться у відповідність комбінаційна схема φm, на входи якої надходить вміст відповідних регістрів Si і Sj , а вихід надходить на вхід регістра Sk .
5. Кожній логічній умові Xl ставиться у відповідність комбінаційна схема.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Узагальнена структура ОА з канонічної структурою виглядає наступним чином:
Продуктивність: найвища; Швидкодія: найвища;
Витрати обладнання: найбільші.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Крім зазначених характеристик є ще такі:
- регулярність (структура складається з однотипних частин, пов'язаних між собою однаковим чином);
універсальність (проявляється в тому, можлива або неможлива реалізація різних класів функцій однією і тією ж структурою).
ОА канонічного типу має найменший ступінь узагальнення реалізованих функцій. Для того, щоб скоротити витрати обладнання, необхідно об'єднати еквівалентні мікрооперації, реалізовані однією схемою.
Залежно від ступеня узагальнення комбінаційних схем розрізняють наступні типи ОА:
I-автомати;
M-автомати;
IM-автомати.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра КІТС Корабльов М.М.
Контрольні питання
1. Принцип мікропрограмного управління.
2. Поняття мікрооперації, логічного умови і мікропрограми.
3. Структурна організація операційних пристроїв.
4. Основні характеристики операційних пристроїв.
5. Функції, що реалізуються операційним автоматом.
6. Функції, що реалізуються керуючим автоматом.
7. Структурна організація і основні операційні елементи операційних автоматів.
8. Основні типи операційних автоматів.
9. Операційні автомати канонічного типу і порядок їх проектування.
10. Узагальнена структура операційного автомата з канонічною структурою і його основні характеристики.