Микропрограммные устройства управления с естественной системой адресации

В этой системе используются два типа микрокоманд: микрокоманды исполнения микроопераций и микрокоманды условных переходов. Первые содержат только одно поле – поле микроопераций, вторые два поля – условия перехода и адреса перехода. Линейные последовательности микрокоманд первого типа записываются в памяти по порядку их выполнения. Их выборка производится по счетчику микрокоманд. Команды второго типа используются только для реализации ветвлений. Для исполнительных устройств такты выполнения команд переходов являются пустыми (холостыми тактами).

Тип микрокоманды задается старшим битом:

· 0 – микрокоманда исполнения микроопераций,

· 1 – микрокоманда условного перехода.

Система характеризуется большей компактностью записи микропрограммы и меньшим быстродействием.

На рис. 8.20. представлен регистр микрокоманд микропрограммного устройства управления со схемой формирования адреса следующей команды и записью микропрограммы операции алгебраического сложения/вычитания чисел в прямом коде с естественной адресацией. Микропрограмма соответствует графу микроопераций, представленному на рис 7.2.

Рис.8.20. Регистр микрокоманд микропрограммного устройства управления с естественной адресацией микрокоманд

В схеме на рис. 8.20, как в схеме на рис.8.16 использована следующая стратегия распределения адресов памяти:

1. Запись всех линейных последовательностей микрокоманд и микрокоманд, выбираемых при невыполнении условий переходов, производятся в линейные последовательности адресов.

2. Микрокоманды, выбираемые при выполнении условий переходов, начинают новые линейные участки микропрограммы, формируемые по правилу пункта 1.

3. Для перехода на окончание микропрограммы (исходный адрес микропрограммы, соответствующий состоянию а0) используется команда безусловного перехода на адрес а₀.

Первый линейный участок микропрограммы (микрокоманды: [0, Y₁];
[0, Y₂]; [1, Р, 9]; [0, Y₄]; [1, Х3, 11]; [0, Y₅]; [0, Y₇]; [БУП, 0] записывается, соответственно, по адресам c 1-го по 8-ой.

Следующие два линейных участка микропрограмм с микрокомандами
[0,Y₃]; [БПУ, 0] и [0,Y₆]; [БПУ, 0] записываются по адресам (9, 10) и (11, 12).

В данном пособии были рассмотрены основные схемы построения микропрограммных устройств управления. Для многофазных микрокоманды и для команд со смешанными схемами формирования адресов следующих команд использовались и комбинационные схемы. Для сложных операций рассматривались методы адресации микрокоманд, таких, как вызов микроподпрограмм, возврат из микроподпрограмм, организации микроциклов. Это эра развития CISC‑архитектуры команд.

С появлением однокорпусных микропроцессоров, развития RISC‑архитектур команд, конвейерных, суперконвейерных и суперскалярных процессоров произошел возврат к использованию простых по структуре и функциям команд и использованию схем управления на основе конечных автоматов

Вопросы для самопроверки

1. Определите назначение управляющей части АЛУ.

2. При интерпретации управляющей части исполнительного устройства конечным автоматом чему соответствует:

· Выходной алфавит автомата.

· Входной алфавит автомата.

3. Какие параметры конечного автомата определяет микропрограмма при интерпретации управляющей части исполнительного устройства конечным автоматом.

4. Определите основные различия автоматов Мили и Мура.

5. Определите устройство управления с жесткой логикой.

6. Определите устройство управления с хранимой в памяти логикой.

7. Определите основные составные части устройства управления на основе конечных автоматов.

8. Определите назначение схемы запуска устройства управления на основе конечных автоматов.

9. Определите назначение регистра состояния и дешифратора устройства управления на основе конечных автоматов.

10. Определите количество назначение всех комбинационных схем устройства управления на основе конечных автоматов.

11. Определите понятие устройства управления на основе распределителя импульсов.

12. Определите этап проектирования графа микропрограммы.

13. Определите этап разметки графа микропрограммы и составление графа конечного автомата (для варианта Мура).

14. Определите этап разметки графа микропрограммы и составление графа конечного автомата (для варианта Мили).

15. Охарактеризуйте этап определения параметров регистра состояний и дешифратора состояний.

16. Определите этап выбора типов триггеров регистра состояний.

17. Определите этап кодирования состояний автомата.

18. Определите этап проектирования комбинационной схемы выходов.

19. Определите этап проектирования комбинационной схемы сигналов переходов.

20. Определите этап составления функциональной схемы МПА

21. Определите этап составления принципиальной схемы МПА.

22. Определите особенности разметки автомата Мура.

23. Определите особенности составления графа МПА Мура, кодирования состояний автомата, составления совмещенной таблицы выходов и переходов.

24. Определите особенности составления графа МПА Мили, кодирования состояний автомата, составления совмещенной таблицы выходов и переходов.

25. Определите основные принципы работы микропрограммных устройств управления.

26. Определите основные типы микропрограммных устройств управления по кодированию микроопераций.

27. Определите основные типы микропрограммных устройств управления по кодированию адресной части микрокоманды.

Глоссарий

RGB(компоненты) – компоненты (красная, зеленая и синяя), которыми задаются цвета каждого пикселя.

Автомат – Устройство, предназначенного для выполнения целенаправленного действия без непосредственного участия человека.

Байт(byte):

· символ, кодированный в двоичной системе (количество двоичных разрядов для кодирования одного символа входного алфавита ЭВМ; в настоящее время байт содержит 8 разрядов),

· наименьшая адресуемая единица информации в памяти.

Бит (bit) – один двоичный разряд, принимающий значения 0 или 1.

Демультиплексор – устройство, имеющее один информационный вход D и несколько выходов Q, осуществляющее передачу сигнала с информационного входа на один из выходов в соответствиис адресным кодом, поступающим на дополнительные адресные входы (S₁, S₂).

Дешифратор – устройство, которое имеет N входов и 2^N выходов, причем каждой i-той комбинации сигналов на входе соответствует сигнал на одном определенном 2ⁱ-том выходе.

Дополнительный код – машинное представление чисел, при котором код отрицательного числа формируется по коду положительного числа путем изменения значений всех его разрядов на обратные (0 на 1, 1 на 0) с последующим прибавлением к нему единицы. Используется в исполнительных устройствах для упрощения операций над числами со знаками.

Дополнительный код (модифицированный) – машинное представление чисел, в дополнительном коде с дублированием знакового разряда, при котором код отрицательного числа формируется по коду положительного числа путем изменения значений всех его разрядов на обратные (0 на 1, 1 на 0) с последующим прибавлением к нему единицы. Используется в исполнительных устройствах для фиксации переполнения разрядной сетки.

Знак конкатенации –знак, используемый для указания конкатенации (сцепления литерных или битовых строк).

Знак числа – символ алфавита, введенный в системы счисления для разграничения отрицательных и положительных чисел, а так же арифметических действий сложения и вычитания.

Комбинационные схемы – логическая схема, для которой совокупность входных сигналов (входное слово) однозначно определяет совокупность (комбинации) выходных сигналов (выходное слово).

Литерал – последовательность знаков, которая воспринимается в программе, как константа.

ЛФ – Логическая функция.

Машина Поста –Абстрактная машина, предложенная Э. Постом в 1936 г. для уточнения понятия алгоритма.

Минтерм – конъюнкция всех значений входных переменных: в прямой форме для единичных значений переменных, или в инверсной форме для нулевых значений переменных.

Мультиплексор – электронное устройство, которое имеет несколько информационных D-входов и один выход Q, осуществляющее последовательное подключение входов к выходу в соответствии с адресным кодом, поступающим на дополнительные адресные входы (S₁, S₂).

Непозиционные системы счисления – системы записи числовых величин символами, в которых значение величин не зависит от позиций используемых для записи величин. Примером непозиционной системой счисления является унитарный код.

Обратный код – машинное представление чисел, при котором код отрицательного числа формируется по коду положительного числа путем изменения значений всех его разрядов на обратные (0 на 1, 1 на 0). Используется в исполнительных устройствах для упрощения операций над числами со знаками.

Основание позиционной системы счисления – число символов (q) определенных для кодирования чисел называется основанием системы счисления.

Переполнение(разрядной сетки) – получение результата при машинной обработке данных, при которой результат требует регистр с увеличенным набором разрядов относительно регистров исходных операндов.

Пиксель (pixel) – наименьший по размеру элемент визуализации, которому могут быть присвоены независимым образом цвет, интенсивность и другие характеристики.

Плавающая запятая (точка) – Способ представления (фиксации) чисел, при котором число представляется в форме нормализованной дроби m и порядка q. Нормализованная дробь m – это значащие цифры числа, представленные в виде дроби 0 ³ m > 1 или 1³ m > 2, а порядок – степень основания системы счисления qⁿ . Используется для расширения диапазона представления чисел.

Позиционные системы счисления – системы записи числовых величин, в которых количественные значения определяются не только от значений используемых символов (цифр), но и от их взаимного расположения (разрядов).

Последовательностные схемы (регистры сдвига, счетчики) – простейшими автоматы, выходные сигналы которых зависят не только от комбинаций входных сигналов, но и от значений самих выходных сигналов в предшествующий момент времени.

Прямой код – машинное представление чисел, при котором фиксируется абсолютное значение чисел и, отдельно, знак (отрицательное/положительное).

Разряд (цифровой) – позиция в числовой записи числа, для фиксации одного разряда (одной цифры).

Регистры —набор простейших запоминающих устройств (например, триггеров) для временного хранения двоичной информации в устройствах обработки информации. Основными видами регистров являются параллельные и последовательные регистры.

СДНФ – совершенная дизъюнктивная нормальная форма логических функций. В этой форме логическая функция (ЛФ) представляется в виде дизъюнкций минтермов.

Система счисления – совокупность приемов и правил для записи чисел.

Слово (word) – цепочка символов, имеющее смысловое значение. Машинное слово – последовательность байтов, воспринимаемое ЭВМ, как единое целое. Слово может быть двойным, учетверенным и т.д.

Смешанные системы счисления –системы счисления, в которых каждая цифра числа представлена в одной системе счисления, а все число в другой (с большим основанием). Примером может являться двоично-десятичная система счисления.

Счетчики – устройства, предназначенные для счета числа импульсов, поступающих на его вход с фиксацией результатов.