Операционный автомат с непосредственными связями

Операционные автоматы

На рис. 1 приведена классификация операционных автоматов.

Рис. 1 Классификация операционных автоматов

В данных методических указаниях изложена методика проектирования операционного автомата с плавающей точкой, а также методика проектирования и моделирования на ПЭВМ микропрограммных управляющих автоматов с магистральной организацией построенных с использованием программируемой и жесткой логики.

Операционный автомат с непосредственными связями

Для иллюстрации принципов выполнения основных микроопераций (МО), необходимых для реализации арифметических операций над двоичными числами, представленными в различных кодах с фиксированной и плавающей точкой, в работе используется упрощенная структура операционного автомата (ОА), имеющая минимальное число функциональных узлов. Для подобной структуры ОА рассматриваются условия выполнения микроопераций, их представление в операторах присваивания и состав осведомительных сигналов (признаков), которые могут возникнуть при выполнении конкретных микроопераций. Такая информация о микрооперациях и их реализации позволит значительно упростить разработку алгоритмов выполнения заданного набора макроопераций для конкретной заданной структуры операционного автомата.

В состав ОА (рис. 2) входит основной сумматор СМ комбинационного действия с регистром сумматора РСМ, входной регистр Р1, вспомогательный регистр Р2 и счетчик тактов СчТ. Регистр РСМ предназначен для хранения результатов сложения (вычитания) в сумматоре. Сумматор СМ имеет как прямые, так и инверсные информационные входы от входного регистра Р1 и от собственных выходов. В связи с последним обстоятельством регистр РСМ, как и другие регистры, реализован на двухступенчатых триггерах с соответствующей системой синхронизации. Управление входами сумматора СМ осуществляется управляющими сигналами, реализующими микрооперации сложения и вычитания. Регистр РСМ связан двоичной передачей при сдвиге влево и вправо с одноразрядным регистром РС и вспомогательным регистром Р2, участвующим в реализации операций умножения и деления.

Рис. 2 Cтруктура операционного автомата с непосредственными связями для операций над мантиссами чисел

Одноразрядный регистр РС предназначен для хранения переноса из старшего разряда СМ. Под действием управляющих сигналов в регистрах ОА могут выполняться операции записи и сдвига информации, а также приведение регистров в нулевое состояние. Предполагается, что записываемая в регистры ОА информация поступает из ОЗУ через соответствующую магистраль. На рис. ב введены следующие сокращенные обозначения для исходных чисел, записываемых в регистры ОА перед выполнением арифметических операций:

· Хcл.1, Усл.2 - первое и второе слагаемые;

· Хмн-е, Умн-ль , Уд-ль - множимое, множитель и делитель;

· Xд.ст., Xд.мл. - старшая и младшая часть делимого.

Для выполнения операции умножения и деления в ОА используется счетчик тактов СчТ, в который перед соответствующими операциями заносится число тактов, равное числу разрядов в множителе или частном.

Так как структура ОА для выполнения арифметических операций над числами с фиксированной точкой и структура ОА для операций над мантиссами чисел с плавающей точкой ничем не отличаются друг от друга, за исключением необходимости сдвига информации в регистре Р1 для чисел с плавающей точкой, то в дальнейшем все записи микроопераций для чисел с плавающей точкой, представленные в операторах присваивания, будут иметь индекс ”м” для мантисс и индекс ”p” для порядков.

Структура ОА для операций с порядками двоичных чисел с плавающей точкой представлена на рис. 3. Эта структура является упрощенной копией структуры ОА, представленной на рис. ב. Обозначениям отдельных составляющих структуры ОА для действий над порядками чисел присвоен индекс ”p”. Максимальное и минимальное значения допустимых порядков для чисел с плавающей точкой имеют вид:

· для ”классического” формата чисел с плавающей точкой Pmax.доп.=+(2m - 1), Pmin.доп.=-(2m - 1);

· для формата в стандарте ”короткий вещественный” (КВ) 

Pmax.доп.=127, Pmin.доп.= -126.

В структуры ОА (см. рис. 2, 3) входят также узлы формирования признаков осведомительных сигналов с соответствующими регистрами признаков РП.

Рис. 3 Структура операционного автомата с непосредственными связями для операций с порядками чисел