143. Поняття операційного пристрою і його основні характеристики.

Операционные устройства

Операционным называется устройство, предназначенное для выполнения множества операций над операндами, представляемыми множеством слов , с целью вычисления слов , определяющих значения результатов, причем в каждый момент времени устройство может реализовать единственную операцию , выделяемую номером (кодом) g = 1, ..., G. Под операцией понимается вычисление значения функций в точке D = D*, и любая вычислимая функция может рассматриваться как операция.

Операционное устройство как структурный элемент изображено на рис.1,а.

а) б)

Рис.1

На вход устройства поступают входные слова и код g операции , которую должно выполнить устройство. Код операции инициирует работу устройства, и спустя некоторое время на выходе формируется значение результата . Операционное устройство можно рассматривать как преобразователь дискретной информации. Функцию преобразователя удобно определить так. Слово g, определяющее код операции , можно считать элементом множества входных слов . Тогда , обозначая через  оператор (преобразование), реализуемый устройством, функцию устройство можно изобразить в следующем виде: R = (D), где

С учетом этих обозначений операционное устройство представлено на рис 1,б, где символ  определяет функцию, т.е. тип устройства.

Функция операционного устройства определена, если заданы множества входных слов D, выходных слов R и операций F, реализуемых устройством.

Основные характеристики устройства - быстродействие и затраты оборудования. Быстродействие устройства определяется средним количеством операций, реализуемых устройством за секунду. Быстродействие V = 1/ вычисляется как величина, обратная среднему времени выполнения операции в устройстве:

 =

где - вероятность выполнения операции , - среднее время выполнения операции .

Затраты оборудования в операционном устройстве оцениваются суммарной стоимостью элементов, составляющих устройство

144. Принцип мікропрограмного керування. Концепція операційного і керуючого автоматів.

2.2. Принцип микропрограммного управления

Функциональная и структурная организация операционных устройств, определяющая порядок функционирования и структуру устройств, базируется на принципе микропрограммного управления, который состоит в следующем:

1. Любая операция , g = 1, ..., G, реализуемая устройством, рассматривается как сложное действие, которое разделяется на последовательность элементарных действий над словами информации, называемых микрооперациями.

2. Для управления порядком следования микроопераций используются логические условия, которые в зависимости от значений слов, преобразуемых микрооперациями, принимают значения «истина» или «ложь» (1 или 0).

3. Процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логических условий и называемого микропрограммой. Микропрограмма определяет порядок проверки значений логических условий и следования микроопераций, необходимый для получения требуемых результатов.

4. Микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой определяется структура и порядок функционирования устройства во времени.

3. Концепция операционного и управляющего автоматов

В функциональном и структурном отношении операционное устройство разделяется на две части: операционный и управляющий автоматы (рис.2).

О перационный автомат ОА служит для хранения слов информации, выполнения набора микроопераций и вычисления значений логических условий, т.е. операционный автомат является структурой, организованной для выполнения действий над информацией. Микрооперации, реализуемые операционным автоматом, инициируются множеством управляющих сигналов Y = { }, с каждым из которых отождествляется определенная микрооперация. Значения логических условий, вычисляемые в операционном автомате, отображаются множеством осведомительных сигналов X = { }, каждый из которых отождествляется с определенным логическим условием.

Рис.2

Управляющий автомат УА генерирует последовательность управляющих сигналов, предписанную микропрограммой и соответствующую значениям логических условий. Иначе говоря, управляющий автомат задает порядок выполнения действий в операционном автомате, вытекающий из алгоритма выполнения операции. Наименование операции, которую необходимо выполнить в устройстве, определяется кодом g операции.

Таким образом, любое операционное устройство - процессор, канал ввода-вывода, устройство управления внешним устройством - является композицией операционного и управляющего автоматов. Операционный автомат, реализуя действия над словами информации, является исполнительной частью устройства, работой которого управляет управляющий автомат, генерирующий необходимые последовательности управляющих сигналов.

На данном этапе рассмотрения операционный и управляющий автоматы могут быть определены своими функциями, исходя из которых можно определить их структуры.

Функция операционного автомата определяется следующей совокупностью сведений:

1. Множеством входных слов , вводимых в операционный автомат в качестве операндов.

2. Множеством выходных слов , представляющих результаты операций.

3. Множеством внутренних слов , используемых для представления информации в процессе выполнения операций. В дальнейшем будем предполагать, что входные и выходные слова совпадают с определенными внутренними словами, т.е. DS, и RS.

4. Множеством микроопераций , реализующих преобразование S := (S) над словами информации, где - вычислимая функция.

5. Множеством логических условий , где и - булева функция.

Таким образом, функция операционного автомата задана, если определены множества D, R, S, Y, X. Следует отметить, что время не является аргументом функции операционного автомата. Функция устанавливает список действий - микроопераций и логических условий, - которые может выполнять автомат, но никак не определяет порядок следования этих действий во времени. Иначе говоря, функция операционного автомата характеризует средства, которые могут быть использованы для вычислений, но не сам вычислительный процесс. Порядок выполнения действий во времени определяется в форме функций управляющего автомата.

Функция управляющего автомата - это операторная схема алгоритма (микропрограммы), функциональными операторами которой являются символы , отождествляемые с микрооперациями, и в качестве логических условий (предикатов) используются булевы переменные . Операторная схема алгоритма наиболее часто представляется в виде граф-схемы или логической схемы алгоритма. Каждая из этих форм определяет вычислительный процесс в последовательном аспекте - устанавливает порядок проверки логических условий и порядок следования микроопераций .