Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Синтез операционного устройства,

для заданных операций.

Методические указания к лабораторной работе

по курсу «Организация ЭВМ и систем»

для студентов специальности 220400

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов, 2003 г.

Введение

Данная лабораторная работа рассчитана на 4 аудиторных часа и ещё на четыре часа самостоятельной работы по изучению литературы и подготовке отчёта.

Объект исследования - операционные устройства, реализующие заданные три операции. Цель исследования состоит в построении логической схемы операционного устройства, состоящего из управляющего П-автомата и операционного М-автомата. Метод исследования базируется на использовании графов заданных операций и формальных процедурах построения автоматов. Характер исследований состоит в сочетании известных методов синтеза с самостоятельностью в разработке алгоритмов заданных операций.

1. Содержание работы

Система команд любой ЭВМ включает в себя множество операций, реализуемых заданными командами. Выполнение команды разбивается на несколько этапов: выборка команды из памяти, выборка операндов из памяти, выполнение заданной операции и рассылка результатов. Все этапы, так или иначе стандартизированы, за исключением собственно выполнения операции. Поэтому в данной работе мы рассматриваем только этап выполнения операции. Будем полагать, что содержательные графы операций нам известны. Операционное устройство состоит из управляющего и операционного автоматов, ни один из которых самостоятельно не может реализовать выполнение операции. Эти автоматы функционируют совместно. Операционный автомат выполняет микрокоманды под управляющими сигналами П- автомата и выдаёт в свою очередь осведомительные сигналы для него.

Будем полагать, что содержательные графы операций нам известны, и мы можем составить программы работы П-автомата для его известной структуры с принудительной адресацией. Затем отдельно строится операционный М-автомат для заданных операций, и эти два автомата согласуются между собой по управляющим и осведомительным сигналам.

После чего мы получаем общую логическую схему операционного устройства, работа которого легко проверяется с помощью известных графов заданных операций.

2. Задание по работе

1. Построить содержательные графы трёх операций.

2. Выбрать структуру П-автомата с принудительной адресацией для двухадресного или одноадресного форматов команд.

3. Закодировать управляющие сигналы.

4. Оценить разрядность полей в выбранном формате команд.

5. Составить программу генерации управляющих сигналов для заданных операций для П-автомата.

6. Составить таблицы для М-автомата.

7. Согласовать управляющие сигналы для П-автомата и управляющие сигналы для М-автомата.

8. Построить М-автомат.

9. Согласовать осведомительные сигналы для П-автомата с осведомительными сигналами, формируемыми М-автоматом.

10. Построить операционное устройство.

11. Составить отчёт по работе.

3. Задание по УИР

Запрограммировать выполнение трёх заданных операций на универсальном языке программирования высокого уровня, отображая двоичные коды в виде одномерных массивов соответствующей длины.

Составить контрольные примеры.

4. Варианты заданий

В качестве варианта задания следует взять уже выполненный студентом вариант задания из работы «Синтез операционных автоматов».

5. Методические указания

Данная лабораторная работа предусматривает синтез управляющего П-автомата и операционного М-автомата, которые вместе составляют операционное устройство. Поэтому необходимо воспользоваться методическими указаниями к работам «Программируемые управляющие автоматы» и «Синтез операционных автоматов».

Особенностью данной работы является то, что в операционном устройстве эти два автомата должны быть согласованы по управляющим и осведомительным сигналам. Наибольшую сложность составляет согласование управляющих сигналов.

Пусть нам заданы три графа операций в содержательных вершинах.

Рассмотрим проблему синтеза управляющего П-автомата в части кодировки управляющих сигналов.

Для синтеза управляющего автомата операторные вершины графа обозначаются через Y. Если в пределах одного графа есть одинаковые операторные вершины, то они обозначаются по разному, например, с добавлением штрихов: Y. В пределах нескольких графов одинаковые операторные вершины обозначаются идентично. При этом если какие-то микрооперации могут быть выполнены одновремённо за один такт, то в графе две операторные вершины объединяются в одну операторную вершину с одним обозначением через Y.

С=А+В

с=а+в

d=d+1

Y1

Y1

(у1, у2)

d=d+1

Y2

Но если управляющий сигнал Y будет подаваться в разные части операционного автомата, то сигнал Y разбивается на несколько управляющих сигналов, которые обозначаются через у, вырабатываются одновременно и подаются каждый на свой участок схемы операционного автомата. Замена Y на y означает распараллеливание в работе управляющего автомата и повышает его производительность. С целью устранения путаницы, все управляющие сигналы Y заменяются на у, при этом там, где есть распараллеливание, одному Y будет соответствовать несколько у. Для у составляют таблицу соответствий управляющим сигналам а, в, d и .

Осведомительные сигналы Х согласуются тривиальным образом.

Объединение графов операций. Графы заданных операций для П-автомата объединять формальными методами не следует, поскольку минимизация операторных и условных вершин в объединённом графе сократит объём ПЗУ в П-автомате, а это несущественно, так как стоимость ПЗУ мала, а объёмы ПЗУ, как правило, больше требуемого.

Для операционного автомата составляются таблицы слов и прочее с учётом всех заданных графов, поэтому их опять объединять в один не следует.

6. Содержание отчёта

1. Титульный лист.

2. Вариант задания.

3. Графы заданных операций.

4. П-автомат выбранной структуры.

5. Программы для П-автомата.

6. Все таблицы для М-автомата.

7. Логическая схема М-автомата.

8. Логическая схема операционного устройства.

9. Программа, моделирующая алгоритмы выполнения заданных операций.

10. Выводы по работе.

7. Контрольные вопросы

1. В чём назначение управляющего автомата?

2. Как распараллеливается выполнение микроопераций с помощью управляющего автомата?

3. Какие структуры П-автоматов Вы знаете?

4. Какие типы операционных автоматов Вы знаете?

5. Какие таблицы необходимо составить при синтезе М-автомата?

6. В чём преимущества М-автомата перед другими операционными автоматами?

7. Из чего состоит операционное устройство?

8. Как функционирует ПЗУ?

9. Как увеличить производительность операционного устройства?

Литература

1. Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин. -Л.: Машиностроение, 1974 г.

2. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных машин.-Л.: Машиностроение, 1979 г.

3. Голембиовский Ю.М. Функциональная и структурная организация операционных автоматов. Конспект лекций. Саратов, СПИ, 1980 г.

6