Управляющий автомат

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 22:14, 12 декабря 2016.

Схема с адресной ПЗУ

В отличие от УА с жесткой логикой, закон функционирования которого обеспечивается определенным образом соединенными логическими элементами, в автоматах, построенных на основе ПЗУ, заданная микропрограмма реализуется в явной форме и хранится в памяти в виде последовательности управляющих слов. Управляющее слово определяет порядок работы устройства в течение одного такта и называется микрокомандой (МК). Она содержит информацию о микрооперациях, которые должны выполняться в данном такте, и (или) об адресе следующей микрокоманды.

Формат МК в общем случае может иметь операционно-адресную структуру.

Операционная Адресная
Y X

Микрокоманда может содержать следующие части:

- операционную часть Y, состоящую из одного или нескольких полей, в каждом записывается номер выходного сигнала yj, вырабатываемого в данном такте;

- адресную часть, состоящую из поля X, в которое записывается номер логического условия Xi (обычно единственного), проверяемого в данном такте;

- а также из поля A, в которое записывается информация об адресе следующей МК; - служебную часть Р, содержащую вспомогательную управляющую информацию.

Обобщенная структурная схема УА, выполненного на основе ПЗУ, дана на рис. 6.

SIPP module beside empty SIMM holes on a motherboard

Перед началом работы на УА подается сигнал СБРОС, устанавливающий все триггеры автомата и регистра микрокоманд (РМК) в нулевое состояние. Этим обеспечивается занесение содержимого нулевой ячейки ПЗУ в РМК при поступлении первого тактового импульса после подачи стартового сигнала В.

С помощью дешифратора ДШУ вырабатывается соответствующий выходной сигнал yj, а с помощью ДШХ определяется номер логического условия Xi, проверяемого в данном такте. В зависимости от значения Xi, прошедшего через схему выбора ЛУ, и информации, поступающей из адресного поля А, устройство формирования адреса следующей МК (УФ АМК) вырабатывает адрес ячейки ПЗУ, содержимое которой будет переписано в РМК в следующем такте. На УФ АМК может также поступать внешний управляющий сигнал V, обеспечивающий, например, выбор определенного алгоритма из тех, чьи микропрограммы хранятся в ПЗУ автомата. Схема управления СУ (в некоторых вариантах УА она может отсутствовать) разрешает работу ДШУ или ДШХ в зависимости от содержимого служебной части Р формата команд. В последнем такте выполнения микропрограммы на выходе ДШК вырабатывается дополнительный сигнал ум+1, используемый как сигнал F, останавливающий работу автомата и осуществляющий сброс всех его триггеров.

Таким образом, структура УА с хранимой в ПЗУ логикой стандартна, и в этом заключается одно из преимуществ рассматриваемой реализации автомата. Поэтому основные усилия направляются не на получение структурной схемы, а на составление кодированной микропрограммы, которая записывается в ячейки ПЗУ, т. е. центр тяжести при разработке УА смещается с аппаратных на программные средства.

Схема с естественной адресацией

При естественной адресации микрокоманд обычно используются МК двух типов: операционные и управляющие. Типы МК различаются по значению одноразрядного поля признака Р: {0, если МК операционная и 1, если МК-управляющая

0 Y1 Y2

a) операционная микрокоманда

1 X A

б) управляющая микрокоманда

Вычисление адреса следующей МК производится с помощью счетчика микрокоманд (СМК), который предусматривается в структурной схеме УА (рис. ниже). Операционная МК задает коды вырабатываемых сигналов Уj и после ее выполнения автомат переходит к следующей МК по порядку их расположения в ячейках ПЗУ, т.е. осуществляет переход по адресу (СМК)+1, где СМК обозначает содержимое счетчика микрокоманд.

Структурная схема УА на основе ПЗУ при использовании естественной адресации

Управляющая МК, содержащая поле логического условия Х и адресное поле А, используется для изменения естественного порядка выполнения МК , т. е. для осуществления условных и безусловных переходов в соответствии со значением проверяемого условия Xi. Если Хi=1, то переход осуществляется по адресу, записанному в поле А, для чего его содержимое переписывается в СМК. Если Xi = 0 или осуществляется безусловный переход, то следующую МК выбирают по адресу (СМК)+1. Таким образом, каждый такт работы УА разделяется на ряд микротактов, в течении которых выполняются действия по формированию выходных сигналов yj и выработке адреса следующей МК.

Схема с совмещенной разрядностью

Эта схема используется только в конвейерном варианте взаимодействия. Метод вычисления адреса для следующего такта такой же, как и в схеме с естественной адресацией. В этой схеме, по сравнению с уже рассмотренными, разряд управляющей памяти с одним и тем же номером (разрядный срез) в различных микроинструкциях может быть использован различным образом.
Схема с совмещенным назначением разрядов ячейки ПЗУ
Будем различать микроинструкции двух типов:

- операционные,

- адресации (выбора).

В данном варианте схемы тип микроинструкции устанавливается разрядом с именем «k». При k=0 выполняется микроинструкция операционного типа. Все остальные разряды ячейки загружаются в регистр микрокоманды и управляют выполнением микроопераций в ОА. Следующий адрес всегда на единицу больше.

При k=1 выполняется микроинструкция адресации. Все разряды микроинструкции могут быть использованы для вычисления следующего адреса. В данном варианте схемы, так же как и в схеме с регулярной адресацией, один из адресов явно записывается в микроинструкцию, другой альтернативный адрес на единицу больше текущего.

Вместе с этой схемой обычно используется условная синхронизация, которая позволяет удлинить такт выполнения микрокоманды в ОА на время выполнения микроинструкций адресации.

Схема с указанием альтернативных адресов

В этой схеме способ адресации выполнен с использованием только одного ПЗУ. В этом варианте альтернативные адреса записываются в той же микроинструкции, что и микрокоманда.

Схема с явным указанием альтернативных адресов
а) последовательный вариант
Схема с явным указанием альтернативных адресов
б) конвейерный вариант

Схема с частичной записью адреса

При этом способе адресации альтернативные адреса отличаются только одним разрядом (в данном варианте - младшим), формируемым входным сигналом. Остальные разряды адреса указываются вместе с микрокомандой в одной и той же микроинструкции. При безусловном переходе в данном варианте схемы младший разряд также указывается в микроинструкции. Схема с частичной записью адреса

Схема с сокращенным тактом

Схема с сокращенным тактом
Использование этой схемы позволяет при сохранении преимуществ последовательного варианта взаимодействия сократить наиболее длинные цепи, общие для ОА и УА, до длины цепей конвейерного варианта.

Части схемы критичные по длительности такта (ПЗУ и комбинационная часть операционного автомата) разнесены в разные контуры. Мультиплексор MX'2, функционально необходимый, реально может отсутствовать, т.к. мультиплексирование может быть реализовано использованием высокоимпедансного состояния выхода ПЗУ. Эта функция реализуется в ПЗУ обычно в 3 - 4 раза быстрее чем выбор содержимого ячейки по адресу. В этом случае объем аппаратуры остается таким же как и в схеме с «частичной записью адреса».

Способ адресации, по существу, такой же, как и в предыдущей схеме. Только в рассматриваемой схеме входной сигнал управляет выбором одного из двух блоков ПЗУ (можно интерпретировать этот сигнал как старший разряд адреса).