Реферат: Методичка для курсового проектирования по ПТЦА (прикладная теория цифровых автоматов)
══>╡I1 │
│ │
══>╡I2 ОА D╞══>
│ │
┌──/C rO├──>
│ │ │
│ │z p umB uwA uwB uiA urO uwO │
│ └┬──┬──A───A───A───A───A───A─────┘
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │
│ ┌V──V──┴───┴───┴───┴───┴───┴─────┐
│ │z p y1 y2 y3 y4 y5 y6 │
│ │ │
┴──/C │
│ УА │
──>┤rI │
└────────────────────────────────┘
УА должен выполнять следующий алгоритм автоматного типа,
представленный в виде блок-текста:
m1{xxxx10}
g1<<GO(rI;g1,m2)>>
m2{111x10}
m3{x000x0}
<<GO(z;g2,m6)>>
g2<<GO(p;m4,m5>>
m4{0011x0}
<<GO m3>>
m5{0100x0}
<<GO m3>>
m6{x0xx01}
<<GO g1>>
_МИКРОПРОГРАММИРОВАНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
МИКРООПЕРАЦИЯ - базисное (элементарное) действие, необ-
ходимое для получения (вычисления) значения одной или более
переменных.
Микрооперация присваивания В=А означает, что переменные
левой части получают значения выражения из правой части.
Всегда разрядность левой части равна разрядности правой час-
ти. При этом биты, расположенные на одной и той же позиции в
левой и правой частях, равны.
Неиспользуемые разряды в левой части и произвольные зна-
чения в правой части микрооперации присваивания обозначаются
(х). Например:
(В[7],x,B[6..0]) = (A[7..0],x)
означает арифметический сдвиг влево на один разряд 8-разряд-
ного числа с присваиванием произвольного значения младшему
разряду и с потерей старшего после знака разряда. А, напри-
мер, микрооперация
(B[7..0],d) = (A[7],A[7..0])
означает арифметический сдвиг вправо на один разряд.
Микрооперация
(p,S[3..0]) = A[3..0] + B[3..0] + q
описывает действие, выполняемое стандартным 4-разрядным сум-
матором, если ( А,В,q ) являются его непосредственными входа-
ми, а ( р,S ) - выходами.
Микрооперация ( : ) - двоеточие - означает запоминание
(изменение значения) в памяти устройства. Переменная типа па-
мять сохраняет свое значение между двумя очередными присва-
иваниями.
- 8 -
Микрооперации всегда входят в состав микрооператоров.
МИКРООПЕРАТОР - набор взаимосвязанных микроопераций (или
одна микрооперация ), выполняемых одновременно и необходимых
для получения одного или более значений. Например:
( e,D:) = R1 + R2 + c
Фрагмент аппаратуры, реализующей этот микрооператор, мог бы
быть, например, таким:
┌───┐
c │MUX│
┌┬──┬┐ │ │ ┌───┐
││T │├───>┤0 │ ┌────┐ │MUX│ D
└┴──┴┘ ──>┤1 │ │ SM│ │ │ ┌┬──┬┐
──>┤А ├───>┤cr │ ═══>╡0 ╞═══>╡│RG│╞══>
├───┤ │ S╞═════>╡1 │ └┴──┴┘
R1 │MUX│ │ │ ═══>╡А │
┌┬──┬┐ │ │ │ │ └───┘
││RG│╞═══>╡0 ╞═══>╡I1 │ ┌───┐
└┴──┴┘ ══>╡1 │ │ │ │MUX│
══>╡А │ │ │ │ ├────────────>e
├───┤ │ p├─────>┤0 │
R2 │MUX╞═══>╡I2 │ ───>┤1 │
┌┬──┬┐ │ │ └────┘ ───>┤А │
││RG│╞═══>╡0 │ └───┘
└┴──┴┘ ══>╡1 │
══>╡А │
└───┘
Имена всех переменных, используемых в этом микрооператоре,
означают выполнение микроопераций коммутации ( транспортиров-
ки ). Значения переменных коммутируются на входы суммматора,
а результат суммирования - в места расположения переменных.
МИКРОБЛОК - набор микрооператоров, выполняемых одновре-
менно ( в одном такте ) и синхронно. В одном микроблоке любо-
му из битов присваивается только одно значение.
Синхронность означает, что во всех микрооператорах одно-
го микроблока используется только "старое" значение памяти.
Например:
{ (p,A):= A + B
(C,r):= A + D }
- и в том, и в другом микрооператоре используется одно и то
же старое значение А.
В то же время в микроблоке:
{ (C,x):= A + D
(x,A)= C + B }
в первом микрооператоре используется новое значение А , а во
втором - старое значение С. Разумеется, эти два действия вы-
полняются одновременнo на двух разных сумматорах.
При реализации микроблока { A:= B ; B:= 0 } обязательна
синхронная реализация В:=0 ( хотя обычно такое действие проще
реализовать асинхронно, но это приводит к ошибке ). Другой
правильный вариант: можно выполнить В:=0 асинхронно, но в
следющем такте.
Всегда предполагается, что предикат вычисляется вместе
(в одном такте) с тем микроблоком, за которым непосредственно
следует его использование.Таким образом, здесь, также как и в
микроблоке, используется старое значение памяти, существовав-
шее перед входом в микроблок. Это связано с особенностями
взаимодействия ОА и УА. Например:
- 9 -
█ █
█ CT:=(╪0)█ █ CT:=(╪0)█
█ █
│ │
┌────V───┐ ┌────V───┐
m1│ CT:=3 │ m1│ CT:=3 │
└────┬───┘ └────┬───┘
┌──────>│ ┌──────>│
│ ─V─ │ ─V─
│ / \ =0 │ / \ =0
│ <CT==0>─> │ <CT==0>─>
│ \___/ │ \___/
│ │╪0 │ │╪0
│ ┌────V───┐ │ ┌────V───┐
│m2│........│ │m2│........│
│ │ │ │ │ │
│ │CT:=CT-1│ │ │CT:=CT-1│
│ └────┬───┘ │ └────┬───┘
└───────┘ │ ┌────V───┐
│m3│........│
│ └────┬───┘
└───────┘
В первом случае цикл будет выполнен 4 раза; во втором - если
в микроблоке m3 нет операций, модифицирующих СТ, - 3 ра-
за. ( Обратите внимание на начальное значение СТ!)
МИКРОКОМАНДА - набор сигналов, поступающий из УА в ОА и
интерпретируемый как управляющий,т.е. необходимый для выпол-
нения всех микроопераций одного микроблока. Сигналы, входящие
в микрокоманду, могут принимать участие в микрооперациях и в
качестве информационных.
Микрокомандой также иногда называют слово управляющей
памяти (обычно ПЗУ), являющееся частью УА. Для различения
этих понятий слово управляющей памяти будем называть МИКРО-
ИНСТРУКЦИЕЙ.
МИКРОПРОГРАММА СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ - алгоритм, представленный
в виде микроблоков и предикатных блоков в одной из принятых
форм, например, в виде блок-схемы или блок-текста.
МИКРОПРОГРАММА КОДИРОВАННАЯ - аппаратная форма содержа-
тельной микропрограммы в виде кодов, заполняющих управляющую
память.
_КАНОНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ОПЕРАЦИОННОГО АВТОМАТА
В общем случае каноническая структура операционного ав-
томата имеет вид:
███████████████████████████████████████████████████████████
█ █
█ ┌──────────┐ ┌┬──────┬┐ ┌──────────┐ ┌───────┐ █
██>╡коммутация│ ││память││ │коммутация│ │функции▐███
│ ▐███>╡│ │▐██>╡ ▐██>╡ │
██>╡ │ ││ ││ │ │ │ ▐███>
└─A────────┘ ─/─┴┴───A──┴┘ └──A───────┘ └──A────┘
█ ┌─┐│CC █ █ █
█ SYN─>┤&├┘ █ █ █
█ ┌┤ │ █ █ █
█ yC│└─┘ █ █ █
└────────────────────────────────────────────────┘
сигналы управления
Столь четкого разграничения операций на зоны (память, комму-
тация, функции) может и не быть. Например, такие широко ис-
пользуемые функции как сдвиги либо хорошо совмещаются с
коммутацией, либо интегрируются с регистрами хранения.Также
часто интегрируются с хранением функции инкремента и
- 10 -
декремента (счетчики обычные и реверсивные).
Особо выделим сигнал yС, управляющий доступом синхросиг-
налов в ОА. Такой вариант управления, называемый условной
синхронизацией, позволяет запретить любые изменения памяти ОА
в каком-либо такте. Причем, если рабочим является срез (зад-
ний фронт) сигнала синхронизации, то используется элемент И,
как и показано на рисунке.Если же рабочим является фронт (пе-
редний фронт) сигнала, то используется элемент ИЛИ. (Первый
перепад сигнала синхронизации в новом такте не должен быть
рабочим.)
_ОПТИМИЗАЦИЯ ОПЕРАЦИОННОГО АВТОМАТА
При проектировании вычислительного устройства основными
являются ограничения на:
1)- время вычисления;
2)- объем аппаратуры, реализующей вычисления;
3)- тип применяемых базовых функций.
ОПТИМИЗАЦИЯ АПППАРАТУРЫ ПРИ СОХРАНЕНИИ МИНИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Алгоритм функционального типа обладает максимальным по-
тенциальным параллелизмом (в рамках данной алгоритмической
идеи), и,следовательно, его реализация в виде КС обладает
максимальным быстродействием по сравнению с любыми другими
вычислителями. Невозможность реализации вычислителя в виде КС
может быть обусловлена следующими причинами:
- слишком велик объем аппаратуры КС;
- функциональное представление и его реализация являются
