Разработка устройства управления выполнением операции (управляющего автомата) с программируемой логикой

Принцип микропрограммного управления был предложен Wilkes в 1951 г.

И впервые был реализован IBM 8/360.

 

Последовательность управляющих сигналов в таком устройстве задаётся микропрограммой хранимой в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).

 

 

 

 

накопитель

 

 

УУ с программируемой логикой содержит:

1) Регистр адреса микрокоманд.

2) Регистр микрокоманд.

3) Схему формирования адреса следующей микрокоманды.

 

При горизонтальном кодировании под каждый управляющий сигнал выделяется один разряд, что позволяет в рамках одной микрокоманды формировать любые сочетания микроопераций, но приводит к большим затратам на хранение и низкой эффективности использования памяти.

При вертикальном кодировании достигается минимальная длина операционной части микрокоманды, равная ]log2 Мо[, где Мо – количество микрокоманд. При этом в каждой микрокоманде кодируется только одна операция. Так как наш операционный автомат относится к классу I-автоматов, позволяющим достигнуть максимальную производительность с использованием одновременно нескольких управляющих сигналов, вертикальное кодирование не подходит.

При смешанном кодировании, горизонтально-вертикальном, вся совокупность м/о группируется на несовместимые м/о и каждая группа кодируется вертикально и дешифруется отдельно.

Отметим закодированную ГСА методом смешанного кодирования для принудительной адресации. Тогда количество бит, используемых под ПЗУ = 18 бит/ команда * 18 м/к =324 бит.

Узнаем формат ячейки ПЗУ

Для начала необходимо разбить м/о по полям операционной части м/к так, что внутри каждого поля они были несовместимы между собой. Построим матрицу совместимости. М/о выполняющиеся одновременно кодируются 1. Например y1,y2,y3.

 

Матрица совместимости

s1

s2

s3

s4

s5

s6

s7

s8

s9

s10

s11

s12

s13

s14

s15

R1

S1 ∩ R1 = ∅

R1

S2 ∩ R1 ≠ ∅

R2

S2 ∩ R2 = ∅

R2

S3 ∩ R1 ≠ ∅

S3 ∩ R2 ≠ ∅

R3

S3 ∩ R1 = ∅

R3

S4 ∩ R1 = ∅

R1

S5 ∩ R1 = ∅

R1

S6 ∩ R1 = ∅

R1

S7 ∩ R1 = ∅

R1

S8 ∩ R1 = ∅

R1

S9 ∩ R1 = ∅

R1

S10 ∩ R1 = ∅

R1

S11 ∩ R1 = ∅

R1

S12 ∩ R1 = ∅

R1

S13 ∩ R1 ≠ ∅

S13 ∩ R2 = ∅

R2

S14 ∩ R1 = ∅

R1

S15 ∩ R1 = ∅

R1

R1

R2

R3

Y1 = {y1,y4,y5,y6,y7,y8,y9,y10,y11,y12,y14,y15}

Y2 = {y2,y13}

Y3 = {y3}

Для удобства кодирования поместим по 5. несовместимых м/о в разные подмножества. Каждую м/о закодируем вертикальным кодированием в разных подмножествах.

X

 

Код	Y1	Y2	Y3
	y1	y2	y3
	y4	y5	y6
	y7	y8	y9
	y10	y11	y14
	y12	y13	y15

 

Условия закодируем вертикально.

 

 

При естественной адресации микрокоманды в ПЗУ делят на управляющие и операционные микрокоманды. Управляющая микрокоманда:

X

А

При единичном условии X осуществляется по адресу из поля A, иначе выполняется следующая микрокоманда из ПЗУ

Операционная команда:

Y

Y – поле операционной части, затем всегда выполняется следующая микрокоманда из ПЗУ.

Для моего алгоритма программа с естественной адресацией будет выглядеть так:

		Х	А1
Адрес	К	Y
		y1,y2,y3
		y6
		y7
		y9
		y10
		y4
		y5
		y2
		y11
		y12,y13
		y15
		y14
		y8

 

 

По условию задания – максимальная производительность, т.е. с минимальной длиной программы, выбираем из рассмотренных вариантов автомат с принудительной адресацией.

Можно было использовать 2 адресных поля, тогда бы мы избавились он одного безусловного перехода. Но такие изменения незначительны, а аппаратные затраты существенно больше, поэтому я использую одно адресное поле.

В принудительной адресации адрес следующей команды явно записан в микрокоманде. При смешанном кодировании формат ячейки выглядит так:

 

Y1

Y2

Y3

X

A

 

Закодируем ПЗУ:

 

 

Y1

Y2

Y3

X

A

Иллюстрация функционирования операционного устройства на заданных числах

А = 13.75

В = 13

Переводим в двоичную С.С.

А = 1101.11 => 0.110111 * 2⁴

В = 1101 => 0.1101 * 2⁴

 

	Знак Порядка	порядок	Знак мантиссы	мантисса
А				110111 (15:55) = 0
В				1101 (13:31) = 0
С				(8:55) = 0

 

 

1)А(0) = 0

2)B(0) = 0 => C (0:6) = B(0:6) + A(0:6) = 01000₂ (8₁₀)

3)С(0:1) = 10? (нет) =>

 

C= |00|01000|0|00000000000000…0

A > |00|00100|0|01101110000000…0 +

B(8)=1 ____________________________

C=C+A |00|01000|0|01101110000000…0

B < |00|00100|0|1010000…01

CЧ=24-1=23

C= |00|01000|0|01101110000000…0

A > |00|00100|0|00110111000000…0 +

B(8)=1 ____________________________

C=C+A |00|01000|0|10100101000000…0

B < |00|00100|0|010000…011

CЧ=23-1=22

C= |00|01000|0|10100101000000…0

A > |00|00100|0|00011011100000…0

B(8)=0

B < |00|00100|0|10000…0110

CЧ=22-1=21

C= |00|01000|0|10100101000000…0

A > |00|00100|0|00001101110000…0 +

B(8) = 1 ____________________________

C=C+A |00|01000|0|10110010110000…0

(дальше в В остались только 0 до конца счетчика, поэтому 21 такт счетчика автомат будет только сдвигать вправо регистр А и влево В ничего не складывая)

4) = 0

5) С(8) = 1 => C(0) = 0 => C(1) = 0 => C(0:55) ответ

13.75 * 13 = 178.75 = 10110010.11|

С= 0.1011001011 * 2⁸ = 10110010.11

Ответы совпадают, значит устройство функционирует верно

 

 

Список использованной литературы.

1. Е.И. Зайцев Прикладная теория цифровых автоматов: Учебное пособие –М.: МГУПИ, 2008. – 74с.

2. Конспект лекций по Теории автоматов.

3. Марченков С.С. “Конечные автоматы” – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 56 с.

4. В.А. Горбатов “Теория автоматов: учеб. для студентов втузов” – 2008.

5. Карпов Ю.Г. Теория автоматов. –СПб.: Издательский дом “Питер”, 2003. –208с.