2. Синтез операционного автомата.

Операционный автомат (ОА) – составная часть операционного устройства, предназначенная для непосредственного выполнения заданной совокупности операций, реализуемых операционным устройством. Каждая операция задается своей микропрограммой, определяющей процесс преобразования данных. Синтезировать ОА – значит ответить на следующие вопросы:

1 – сколько и каких операционных элементов необходимо;

2 – как организовать взаимосвязь операционных элементов по управлению и данным;

3 – как реализовать взаимосвязанную структуру из операционных элементов в заданном элементном базисе.

Ответить на первые два вопроса можно, проанализировать микропрограммы операций, в результате чего определяются: множество слов, участвующих в операциях, их структурные характеристики; множество различных микроопераций и логических условий. Ответ на третий вопрос можно получить, познакомившись со справочной литературой на заданную серию интегральных микросхем. В результате реализации каждой микрооперации либо выбирается типовой операционный элемент, либо (если какая-либо микрооперация не реализуется типовым элементом )решается задача синтеза комбинированного операционного элемента.

Варьируя алгоритмами выполнения операций, способами реализации микроопераций и вычисления логических условий, из всего множества структур ОА выбирают ту, которая имеет минимальную стоимость и удовлетворяет предъявляемым тебованиям по быстродействию.

1. Типовые структуры операционных автоматов.

Этапы синтеза ОА.

1. ОА с закрепленными микрооперациями,

2. ОА с общими микрооперациями.

При первом подходе структура ОА представляет собой совокупность относительно самостоятельных операционных элементов. С целью образования общей структуры ОА необходимо выполнить перечисленные ниже процедуры. Входным и выходным операндам поставить в соответствие регистры с требуемым количеством разрядов, внутренним операндам , используемым в алгоритме, буферные регистры. Каждой микрооперации поставить в соответствие свой операционный элемент (сумматор, сдвигатель, дешифратор и т.д.), а микрооперациям передачи информации с различных регистров на вход какого-либо операционного элемента – мультиплексор на требуемое количество разрядов. Каждому логическому условию алгоритма – комбинационную схему, вырабатывающую осведомительный сигнал. ОА такого типа обеспечивает широкие возможности для распараллеливания вычислений.

Второй подход к структурной организации автомата предполагает использование общих операционных элементов для выполнения микроопераций над словами, хранимыми в специальной памяти. Другими словами, в ОА с общими микрооперациями все регистры объединяются в сверхоперативный накопитель (СОЗУ), а все операционные элементы в отдельный арифметико-логический блок, который служит для выполнения микроопераций и вычисления значений осведомительных сигналов. При этом обычно используется универсальный преобразователь, реализующий функцию Z=F₃(F₂(X, F₁(Y))), где Z- слово, получаемое в результате преобразований; X, Y – операнды участвующие в преобразовании; F₁, F₂, F₃ – преобразователи, выполняющие соответственно микрооперации преобразования кода, суммирования и сдвига. Множество сигналов, управляющих работой каждого из преобразователей должно содержать особый сигнал, отменяющий преобразование. Такт работы ОА рассматриваемого типа разделяется на последовательность микротактов:

1. выбор X и Y из СОЗУ,

2. преобразование кода Y,

3. суммирование X и F₁(Y),

4. сдвиг результата суммирования,

5. фиксация результата в выходном регистре;

6. занесение результата в СОЗУ.

Такой подход обеспечивает универсальность структуры (минимальные аппаратные затраты), но обладает меньшим по сравнению с ОА с закрепленными микрооперациями быстродействием.