2.4 Микропрограммные автоматы с программируемой логикой

В МПА с программируемой логикой ГСА реализуется посредством микропрограммы, хранимой в управляющей памяти. Микропрограмма состоит из микрокоманд, последовательность которых описывает граф-схему алгоритма управления.

Микрокоманда представляет собой машинное слово, состоящее из двух полей (рис. 40). Одна микрокоманда может соответствовать одной или двум вершинам ГСА.

ОП

АП

Рис. 40

В операционном поле (ОП) микрокоманды записываются управляющие сигналы или их коды. В адресном поле (АП) – коды номеров условных вершин ГСА и адрес или адреса перехода к следующей микрокоманде. Организация поля ОП определяется выбранным способом микропрограммирования (рис. 32).

Способы микропрограммирования.

Горизонтальный способ заключается в том, что в поле ОП под управляющие сигналы отводится столько разрядов, сколько формирует МПА (рис. 41). За каждым управляющим сигналом закрепляется определенный разряд.

Рис. 41

В разрядах ОП, которые соответствуют {y} операторной вершины ГСА проставляются «1». В остальных разрядах ОП будут «нули».

Горизонтальный способ микропрограммирования позволяет микропрограммному автомату формировать одновременно (если это необходимо по алгоритму управления) множество {y} по одной микрокоманде.

При вертикальном способе каждому управляющему сигналу ставится в соответствие двоичный код, который записывается в ОП микрокоманды. Для получения управляющего сигнала двоичный код сигнала должен быть продешифрирован (рис. 42).

Рис. 42

Вертикальный способ позволяет по каждой микрокоманде формировать только один управляющий сигнал. При этом экономится разрядная сетка микрокоманды, но ограничивает одновременное формирование группы управляющих сигналов в один такт.

Это относится к классическому определению вертикального способа микропрограммирования, функции которого могут быть расширены следующим образом. Предположим, что в операторных вершинах записан не один, а несколько управляющих сигналов (рис. 43, а). С тем, чтобы использовать вертикальный способ, необходимо переименовать управляющие сигналы {y} в операторных вершинах, заменив их на {Y}.

а) б)

Рис. 43

Для ГСА, изображенной на рис. 43 б, можно применить вертикальный способ. На выходе дешифратора операционного поля будем иметь Y_i. Для получения управляющих сигналов y₁, y₂, …, y_n потребуется дополнительная логика, т.к. например, сигнал y₁ формируется в ОП микрокоманд с Y₁ и с Y₂.

Смешанные способы микропрограммирования позволяют совместить положительные свойства как горизонтального, так и вертикального способа.

Различают два способа смешанного микропрограммирования: горизонтально-вертикальный и вертикально-горизонтальный. При первом способе операционное поле разбивается на сегменты (№Y_i), число которых определяется максимальным количеством {y} в каких-либо операторных вершинах ГСА. После закрепления {y} за сегментами ОП, в каждом сегменте каждый управляющий сигнал представляется вертикальным способом (рис. 44).

Рис. 44

При втором способе все множество управляющих сигналов разбивается на подмножества и каждому подмножеству присваивается двоичный код. В соответствии с этим ОП микрокоманды разделяется на два поля M и L (рис. 45).

Рис. 45

В поле M для каждого подмножества управляющие сигналы записываются как при горизонтальном способе микропрограммирования. Разрядность поля M будет определяться максимальным количеством сигналов {y} в каком-либо из подмножеств. При этом в i-м разряде поля M для подмножества L_j может быть записан y_l, а для подмножества Lγ – y_m. Поле L выполняет функции диспетчера, рассылая их в различные исполнительные блоки (рис. 46). Так подполю L=L₁ соответствует подмножество {y₂} и т.д.

Рис. 46

Способы перехода в микропрограммах к следующей микрокоманде определяются форматами адресных полей микрокоманд (МК) и правилами перехода. Принудительный переход выполняется по адресу, указанному в самой МК. Это соответствует безусловному переходу команд БП. При естественной адресации микрокоманд следующая микрокоманда адресуется посредством инкремента счетчика адреса микрокоманд (СЧМК). Этот порядок может быть нарушен только управляющими микрокомандами. В зависимости от способа перехода к следующей МК имеет место в различии как микрокоманд, так и самих микропрограммных автоматов.