МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Распределители сигналов устройств управления

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

№49

Санкт-Петербург

2003

Составители: О.И. Курсанов, Л.А. Осипов, Т.В. Семененко,

Т.С. Тимофеева

Рецензент кандидат технических наук В.П. Попов

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу «Схемотехника ЭВМ» студентами дневного и вечернего факультетов специальностей «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Информационные системы в бизнесе» и др.

Подготовлены кафедрой вычислительных машин и комплексов и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмичес-кого приборостроения.

		Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2003
Подписано к печати Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. Уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ №

Редакционно-издательский отдел

Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки

Отдел оперативной полиграфии

СПбГУАП

190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 67

Лабораторная работа N^o49

РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ

УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ

Цель работы: изучение способов построения распределите­лей сигналов, устройств управления операционными блоками ЦВМ. В ходе работы необходимо ознакомиться со справочной литературой.

1. Методические указания

В зависимости от сложности аппаратной структуры ЦВМ устройства управления бывают централизованного (УЦУ) и сме­шанного типов. В последнем случае основные сигналы управле­ния вырабатываются в УЦУ, а вспомогательные – в блоках местного управления (БМУ). В настоящее время в современных ЦВМ наибольшее распространение получили устройства управ­ления смешанного типа.

По длительности рабочего цикла устройства управления могут строиться:

• по синхронной схеме (с постоянной длительностью рабо­чего цикла);

• по асинхронной схеме (с переменной длительностью ра­бочего цикла);

• по комбинированной схеме.

Способ организации рабочего цикла определяется принци­пами построения схем распределителей сигналов управления. Здесь следует напомнить, что любая операция состоит из последовательности микрокоманд (МК) или микроопераций (МО), разнесенных во времени и в пространстве (т.е. по разным цепям) и выполняемых под воздействием сигналов управления.

Схема формирования сигналов

управления синхронного типа

Такая схема состоит из следующих операционных элементов:

• генератора тактовых сигналов (ГТС);

• дешифратора кода операций (DC КОП);

• распределителя сигналов (РС);

• схемы формирования сигналов управления (СФСУ).

О бобщенная схема формирования сигналов показана на рис. 1.

Рис. 1. Обобщенная операционная схема РС

Дешифрированное значение кода операции определяет первую составляющую (R₁,…,R_m), которая необходима для формирования заданного количества сигналов управления для МК (МО), участвующих в выполнении данной операции. Вторая составляющая определяется набором осведомительных сигналов состояния (P₁,…,P_k) от операционных элементов, формируемых при выполнении текущей МК (МО). Третья составляющая представляется распределителем сигналов (РС), который вырабатывает последовательность сигналов (t₁,…,t_N), разнесенных во времени и в пространстве и который работает под управлением генератора тактовых сигналов (ГТС). Базовые операционные схемы, на которых строятся РС различных типов, показаны на рис. 2. Здесь следует отметить, что данные схемы используются и для РС асинхронного типа при определенной их модификации, которые рассматриваются ниже.

В се эти составляющие (см. рис.1) поступают на схему фор­мирования сигналов управления (СФСУ), представляющую со­бой комбинационную схему (КС) и состоящую из набора конъ­юнкторов и дизъюнкторов. Дизъюнкторы объединяют выходы конъюнкторов. Необходимо отметить, что в общем случае конъюнкторы имеют три входа. Однако в ряде случаев отдель­ные составляющие, формирующие сигнал управления, могут от­сутствовать, и тогда число входов будет меньше. Число входов у дизъюнкторов зависит от количества подключаемых к ним конъюнкторов. Таким образом, во временной области формиру­ется последовательность сигналов управления из набора (Y₁,…,Y_L) для выполнения очередных МК (МО) вида

Y_i= F(R_r,t_S,P_j).

В схеме формирования сигналов управления синхронного типа для выполнения любой операции всегда используется N тактов, число которых определяется по наиболее длинной опе­рации. При этом каждой операции ставится в соответствие опре­деленный набор МК (МО) из числа Y₁,…,Y_L , т.е. отдельные Y_i в ряде операций могут не использоваться.

а )

б )

в )

Рис. 2. Схемы РС:

а – на основе дешифратора; б – на основе элементов задержки;

в – на основе RG сдвига

С ущественным недостатком схем, построенных на распре­делителях подобного типа, является низкое быстродействие, так как длительность рабочего цикла определяется самой длинной операцией.

Схемы распределителей сигналов

асинхронного и смешанного типов

Наиболее простым вариантом такого РС является набор сдвигающих регистров кольцевого типа, где каждому регистру ставится в соответствие конкретная команда со своим набором МК (МО). Таким образом, количество РС будет равно операци­онному ресурсу, который в современных ЦВМ исчисляется несколькими тысячами команд. Каждый РС строится по прин­ципу “запрос – ответ”. Сигнал запроса – это дешифрированный код операции от DC КОП, который инициализирует работу РС. С выработкой последнего сигнала управления формируется сиг­нал выполнения данной операции и начала выполнения сле­дующей (“ответ”). Реализация такого РС показана на рис.3. Этот же сигнал переводит РС в исходное состояние (рис. 1).

Несмотря на свою простоту, такой способ построения тре­бует значительного оборудования и поэтому сейчас не используется.

Сокращение оборудования для сложных РС производится различными методами, техническую реализацию которых рас­смотрим на примерах.

Выделение общих или одинаковых участков микропрограмм для отдельных РС можно производить:

• в начале микропрограмм;

• в конце микропрограмм;

• в середине микропрограмм.

Рис. 3. Пример построения СФСУ

Варианты построения сложных РС с выделением общих или одинаковых участков микропрограмм показаны на рис.4, 5.

Рис. 4. Схема i-го РС

а)

б)

в )

Рис. 5. Схемы РС с выделением общих участков микропрограмм: а – с общим участком в начале; б – с общим участком в конце; в – с общим средним участком

Дополнительно к этим приемам используют метод запрета выполнения отдельных микроопераций, когда группы микро­программ отличаются одной или несколькими микроопера­циями. Предположим, что три команды: S, R и Q отличаются между собой на одну микрооперацию каждая. На рис.6 показана схема исключения таких микроопераций.

Рис.6. РС на основе запрета выполнения отдельных МО

Подача с DC КОП одного из трех сигналов на инверсные входы конъюнкторов запрещает выполнение заданной микро­операции, оставшиеся две будут выполнены.

Существенное сокращение оборудования можно получить для команд, имеющих в своем составе многократно повторяю­щиеся последовательности микроопераций (работа в цикле). Та­кая ситуация характерна для всех арифметических команд. Схема работы в цикле общей последовательности микроопера­ций показана на рис.7.

Для организации цикла общая последовательность управля­ется двумя триггерами T₁ и T₂. Если T₁ находится в состоянии “1”, а T₂ – в “0”, то образуется цепь многократного повторения общей последовательности микроопераций, определяемых РС₂. При этом РС₃ не работает. Перевод триггеров в противополож­ное состояние блокирует РС₂ и начинает работать РС₃. Управле­ние триггерами осуществляется счетчиком циклов (на схеме он не представлен).

Ответ

Рис. 7. Схема РС для микропрограммы с циклическим участком