Структурный базис операционных устройств

В состав структурного базиса операционных устройств входят следующие структурные элементы: шины, регистры, сумматоры, счетчики, комбинационные схемы, т.е. те элементы, на базе которых может быть построено устройство для обработки информации.

1) Шины используются для передачи информации.

Шины подразделяются на:

- неуправляемые

- управляемые

Если шина управляемая, то передача по ней производится по сигналу Y (рис.12).

Этому соответствует микрооперация y: B (1: n):=A (1: n).

Управляемая шина представляет собой совокупность схем «И», каждая из которых обслуживает свой разряд (рис.13). Все схемы открываются по сигналу «Y».

2 ) Регистры служат для хранения и для преобразования слов.

Микрооперация установки, выполняемая на регистре, показана на рис. 14.

Рис.15

Рис.14

 

y1: S (1: n):=A (1: n) прием слова на регистр,

y2: B (1: n):=S (1: n) выдача слова с регистра.

Микрооперация установки может выполняться с полями слов (рис. 15). Прием полей на регистр:

у1: S(1:k):=A(1:k); у3: S(k+1:n):=A(k+1:n).

Выдача полей с регистра:

y3: B(1:m):=S(1:k); y4: B(m+1:n):=S(k+1:n).

Выдача полного слова с регистра:

y5: B(1:n):=S(1:k).S(k+1:n).

Микрооперация передачи выполняют функцию передачи слова с одного регистра на другой (рис.16).

 

y1: B (1: n):=0,

обнуление регистра,

y2: B (1: n):=A (1:n),

передача.

Рис. 16

 

 

Передача слов в системе регистров

Организация связей при передаче слов между регистрами может быть с использованием индивидуальных связей, когда любой регистр может передавать информацию любому другому регистру, и с использованием магистрального способа, предполагающего, что все регистры подключаются к общей магистрали, через которую осуществляется любая передача информации.

Способ индивидуальных связей (рис.17).

Рис. 17

y₁: R_m (1: n):=R₁ (1: n)

y₂: R₂ (1: n):=R_m (1: n),

где n – разрядность слов на регистрах

Передача слова с регистра на регистр осуществляется за 2 такта.

Магистральный способ (рис.18).

 

Рис.18

 

Все входы и выходы регистров связаны с общей магистралью, и передача с регистра на регистр осуществляется за один такт (R₂ (1: n):=R1 (1: n)).

При этом подается два управляющих сигнала одновременно:

y₁: M:=R₁ (1: n), y₂: R2 (1: n):=M.

Для выполнения микроопераций сдвига используют регистры. Сдвиг может быть осуществлен на регистре сдвига (рис.19) или при передаче слова с одного регистра на другой за счет соответствующей организации межразрядных связей выхода передающего регистра и входа принимающего регистра (рис.20).

y₁: A (1: n):=0.R1 A

y₂: A (1: n):=L1A.0

y_k: A (1: n):=L1A.A(1)

 

Рис.19 Рис.20

 

3) Счетчики.

Выполняют функции инкремента (СЧ:= СЧ+1) и декремента (СЧ:= СЧ-1) (рис.21).

Рис.21

4) Сумматоры служат для выполнения микрооперации сложения (рис.22):

 

C (1: n):=A (1: n) + B (1: n)

 

Любой алгоритм вводится описанием входных, внутренних и выходных двоичных переменных.

Рассмотрим пример построения функциональной схемы алгоритма (ФСА) с использованием элементов Ф-языка в графическом изображении для перемножения двух 32-разрядных двоичных чисел с фиксированной точкой (рис. 23).

Зададимся правилом умножения: умножение с анализом младших разрядов множителя со сдвигом полученной суммы частичных произведений вправо, с округлением и получением 32- разрядного произведения.

Входные:

МНМ (1: 32); ЗнМНМ (1).ЧМНМ (2: 32)

МНТ (1: 32); ЗнМНТ (1).ЧМНТ (2: 32),

где МНМ - множимое, ЗнМНМ – знак множимого, ЧМНМ – число множимого, МНТ - множитель, ЗнМНТ – знак множителя, ЧМНТ – число множителя.

Внутренние:

МНМ; МНТ; СЧТ (1: 5)

СЧП (1: 33); ЗнСЧП (1).ЧСЧП (2: 32).др (33),

где СЧП – сумма частичных произведений, ЗнСЧП – знак суммы частичных произведений, ЧСЧП – число суммы частичных произведений, др – дополнительный разряд, СЧТ – счетчик тактов умножения.

Выходные: СЧП (1: 32).

 

Исходными данными для описания ОА является микропрограмма и таблицы микроопераций и логических условий. В таблицу микроопераций необходимо выписать все микрокоманды, а в таблицу логических условий – осведомительные сигналы из соответствующей микропрограммы.

 

Таблица микроопераций.

Микрооперации	Управляющие сигналы
СЧП:=0 СЧТ:=3/10 ЧСЧП:=ЧСЧП+ЧМНМ ЧСЧП:=0.R1(ЧСЧП) ЧМНТ:=0.R1(ЧМНТ) СЧТ:=СЧТ-1 ЧСЧП:=ЧСЧП+1 ЗнСЧП:=0 ЗнСЧП:=1	y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9

 

Таблица логических условий.

Логическое условие	Осведомительные сигналы
ЧМНТ (31) СЧТ=0 д. р. ЗнМНМ:=ЗнМНТ	x1 x2 x3 x4

 

Для описания работы УА блока управления в качестве исходных являются так же две вышеприведенные таблицы (их правые столбцы) и граф-схема алгоритма. Граф-схема алгоритма (ГСА) строится на базе ФСА: микрооперации заменяются управляющими сигналами «y», а логические условия - осведомительными сигналами «x». В результате получаем ГСА следующего вида (рис.24).

Ф-язык оперирует со словами безотносительно схемотехнических решений. СФ-язык отличается от Ф-языка тем, что описаниям слов соответствуют определенные элементы структурного базиса, а следовательно, и схемотехническая реализация алгоритмов. В дальнейшем при изучении алгоритмов выполнения команд процессора будем использовать СФ-язык.