2.6 Микропрограммные автоматы с естественной адресацией микрокоманд

В МПА с естественной адресацией могут быть использованы различные форматы микрокоманд. В одном случае в МК записываются и адрес перехода (рис.52а), который исполняется только при выполнении безусловных и условных переходов. Если таковых нет, то следующая микрокоманда выбирается из ячейки памяти в естественном порядке. При большом проценте операторных вершин в ГСА коэффициент использование управляющей памяти снижается, т.к. МК адресуется естественным образом и разряды адреса перехода не используются.

Другой вариант предлагает наличие двух типов микрокоманд (рис.52б): операционной, который выполняет полезную работу и обрабатывает операторные вершины ГСА, и управляющие МК условного и безусловного переходов.

ОП

NX

А

а)

R	ОП
R	NX		B

б)

Рис.52

После выполнения операционной микрокоманды адрес следующей определяется естественным способом путем инкремента. В управляющих МК поле NX своим кодом (как и в МПА с принудительной адресацией) будет идентифицировать микрокоманды УП и БП. Для различения типов МК вводится одноразрядный признак R. Если R=0, то это операционная микрокоманда. Если R=1, то микрокоманда БП или УП. При данных форматах микрокоманд разряды ячеек памяти используются либо под операционную МК, либо под МК УП или БП, т.е. имеет место экономия разрядной сетки памяти микропрограммы.

Однако МК управления выполняются только работу по осуществлению переходов и не формируют сигналы управления. Что приводит к увеличению длины микропрограммы на количество МК переходов. Если число условных вершин незначительно, то это система микрокоманд может оказаться более эффективной. С точки зрения применения форматов МК того или иного форматов (рис.52) структурная организация МПА примерно одинаковая. Поэтому рассмотрим одну из них для микрокоманд варианта (рис.52, б).

Структурная схема МПА с естественной адресацией МП (рис.53) представляет собой композицию блоков аналогичных по назначению тем, которые представлены на рис.47.

Отличие заключается лишь в наличие на входе управляющей памяти счетчика адреса микрокоманд (СЧМАК) и в описании функций блоке формирование адреса перехода. В остальном принципы работы заключается в следующем. После занесения начального адреса и включение Т_упр выбранная из памяти микрокоманда фиксируется на РМК. По значению R определяется тип МК. Если это операционная МК, то - разрешает блоку формирование управляющих сигналов обрабатывает ОП МК и запрещает работу ДС NX и блока формирования адреса прихода. После выполнения МК адрес следующей формируется на СЧАМК инкремента.

Если R=1, то на РМК принята МК управления. В этом случае будет формироваться переход к следующей микрокоманде безусловно или по условию, т.е. при БП на СЧАМК заносится адрес перехода В, а при УП или В, если x_i=1, или на СЧАМК формируется продвинутый адрес.

Рис.53

В любом случае для перехода к следующей МК микропрограммы должны быть с формированы сигналы Z₁ или Z₂, которые формально описываются следующим образом:

В качестве примера рассмотрим ГСА, представленную на рис.54а. Если принять горизонтальный способ микропрограммирования, то операционная МК будет иметь пять разрядов (рис.54б), управляющая МК (рис.54в) – шесть разрядов. Имеется ввиду только ГСА (рис.54а). Разрядность ячеек памяти определяется по микрокоманде, имеющей большую разрядность (рис.54г).

При составлении микропрограмм можно пользоваться следующим правилом (исходя из алгоритмов выполнение микрокоманд): обходить ГСА с верху вниз по «нулевым» выходам условных вершин, располагая МК в порядке очереди; МК, соответствующие «единичным» выходам условных вершин, располагать в следующих не занятых ячейках памяти. ГСА (рис.54а) соответствует микропрограмма на рис.55.

Рис.54

Адр. МКОМ	R	Y1	Y2	Y3	Yk		-	Примечание
		NX		B
0	0	y1	0	0		0	-	ОП МК
1	0	0	y2	0		0	-	ОП МК
2	1	<NX1>		1				УП МК
3	0	y1	0	0	0		-	ОП МК
4	1	<NX2>		1				УП
5	0	0	0	y3	0		-	ОП МК
6	0	0	0	0	yk		-	Отключение МКП

Рис.55

Конфигурация ГСА может быть различной, в том числе, которая не позволяет просматривать ее с верху вниз по нулевым выходам условных вершин.

Например: в ГСА на рис.54 изменим значение выходов вершин X1 и X2 на противоположные. Тогда, чтобы сохранить выше приведенное правило вводят в микрокоманду дополнительное поле Е (рис.56) которое может инвертировать условия перехода в МК УП.

R

E

NX

B

Рис.56

При Е=0 переходы в МК УП выполняются обычно. Если в разряде Е=1, то условие перехода инвертируется и можно воспользоваться на этом отрезке ГСА основным правилом составление микропрограммы.

Библиографический список

1. Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ. – М.: Радиосвязь, 1985.

2. Ларионов А.М., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы, системы и сети. – Л.: Энергоатомиздат, 1987.

3. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем. – Питер, 2004.

4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 4-е издание. – Питер, 2003.

5. Иванов Е.Л., Бражникова Е.В. Организация ЭВМ и систем. Часть 1. – М.: МИРЭА, 2006.

6. Шнитман В.З. Современные высокопроизводительные компьютеры. Информационно-аналитический обзор. Центр информационных технологий, МГУ, 1995.

7. Антик М.И. Синхронные цифровые автоматы. – М.: МИРЭА, 2004.

8. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных машин. – Л.: Машиностроение, 1979.

9. Крейгон Х. Архитектура компьютеров и ее реализация. – М.: Мир, 2004.

66