Оценка емкости микропрограммного устройства управления
Методические указания к выполнению самостоятельной расчётной работы по дисциплине "Теория проектирования ЭВМ" для студентов специальности 220100 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"
С.Б-М. Базарова,
Е.П. Машеева
Улан-Удэ
2005 г.
В данной самостоятельной расчетной работе представлен теоретический материал по проектированию микропрограммных устройств управления. Рассмотрены способы формирования управляющих сигналов и адресации микрокоманд, схемные реализации автоматов. Приведена методика микропрограммирования для разработки микропрограмм.
Содержание
1. Цель работы....................................................................................... 4
2. Теоретическая часть.......................................................................... 4
2.1. Микропрограммный и схемный принципы управления....... 4
2.2. Структура микропрограммного устройства управления....... 7
2.3. Классификация систем микропрограммного управления..... 9
2.3.1. Способы формирования управляющих сигналов.......... 10
2.3.2. Адресация микрокоманд................................................... 15
3. Задание к работе............................................................................. 19
4. Методические указания................................................................. 20
5. Содержание отчета………………………………………………..23
Список литературы…………………………………………………..25
Самостоятельная расчётная работа
Оценка ёмкости микропрограммного устройства управлении
Цель работы
1. Изучить методы формирования функциональных сигналов микропрограммного устройства управления (МПУУ).
2. Изучить способы адресации микрокоманд МПУУ.
3. Получить навыки программирования микрокоманд.
4. Получить навыки выбора оптимальных микропрограмм.
Теоретическая часть
Микропрограммный и схемный принципы управления
Любое цифровое устройство обработки информации можно рассматривать состоящим из двух блоков: операционного и управляющего.
Операционный блок характеризуется совокупностью определённых в нем микроопераций. Каждая микрооперация представляет собой некоторый выполняемый в операционном блоке элементарный акт передачи или преобразования информации. Микрооперации инициируются поступлением управляющих функциональных сигналов на соответствующие входы узлов операционного блока.
Часть цифрового вычислительного устройства, предназначенная для выработки последовательностей управляющих функциональных сигналов, называется управляющим блоком или управляющим устройством.
Микрооперация - элементарная операция, выполняемая под воздействием одного функционального сигнала.
Интервал времени, отводимый на выполнение микрооперации, называется рабочим тактом или тактом цифрового устройства.
Совокупность микроопераций, выполняемых в операционном блоке в течение такта, образует микрокоманду.
Группа микрокоманд, реализующих одну машинную команду или отдельную процедуру, называется микропрограммой и реализуется за определённое число тактов.
Исходные данные для проектирования микропрограммного устройства управления задаются как алгоритмы выполнения операций в их микропрограммной интерпретации. Каждая операторная вершина схемы алгоритма должна соответствовать одному такту работы устройства управления и содержать все микрооперации, выполняемые в этом такте. Условные вершины на схеме алгоритма сопровождаются значениями логических условий, при которых выполняются условные переходы.
Для реализации машинной команды необходимо на соответствующие линии операционного блока подать управляющие функциональные сигналы, определенным образом распределенные во времени.
Последовательность управляющих сигналов задается поступающими на входы блока кодом операции, сигналами из операционного блока, несущими информацию об особенностях операндов, a также синхросигналами, задающими границы тактов.
Формально управляющий блок может рассматриваться как конечный автомат, определяемый:
1) множествами входных сигналов Z и U:
Z = {z1, z2,..., zp},
U = {u1,u2, …, un},
соответствующих задаваемому извне коду операции Z и двоичным значениям осведомительных сигналов U, отображающих текущее состояние операционного блока. Осведомительному сигналу uj ставится в соответствие логическое условие u’j;
2) множеством двоичных выходных сигналов V:
V = {v1, v2,..., vm},
соответствующих множеству микроопераций операционного блока. При v i = 1 возбуждается i-я микрооперация;
3) множеством подлежащих реализации микропрограмм, устанавливающих в зависимости от значений входных сигналов управляющие сигналы, выдаваемые блоком в определённые такты.
По множествам входных и выходных сигналов и микропрограммам определяется множество внутренних состояний блока Q:
Q = {q1, q2,..., qr},
мощность которого (объём памяти управляющего блока) в процессе проектирования стараются минимизировать.
Существует 2 основных метода построения логики управляющих автоматов.
1. Управляющий автомат с жесткой (схемной) логикой.
Для каждой операции, задаваемой кодом операции команды, строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах возбуждают соответствующие управляющие сигналы. Иначе говоря, строится конечный автомат, в котором необходимое множество состояний реализуется на запоминающих элементах, а функции переходов и выходов реализуются с помощью комбинационных схем.
2. Управляющий автомат с хранимой в памяти логикой.
Каждой выполняемой в цифровом устройстве операции ставится в соответствие совокупность хранимых в памяти слов - микрокоманд, каждая из которых содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течение одного машинного такта, и указания, какое должно быть выбрано из памяти следующее слово. В этом случае функции переходов и выходов управляющего автомата хранятся в памяти в виде совокупности микропрограмм. Обычно микропрограммы хранятся в специальной памяти микропрограмм.