книги из ГПНТБ / Журавлев, Ю. П. Системное проектирование управляющих ЦВМ

Считанный в выходные обмотки исполнительный код первой операции поступает на регистр кодов операций, и машина начинает выполнять эту операцию. Сигналом QK0 окончания выполнения пер­ вой операции состояние счетчика длительности цепочки изменяется на единицу.

Второй опросный импульс с выхода формирователя Ф3 через

диод 13 и открывшийся выход 4 дешифратора длительности цепочки выбирает наборную шину 13, в результате чего код второй операции поступает на регистр кодов операций.

Аналогично будут выбраны, расшифрованы и исполнены все пять операций, входящих в данную цепочку. После выполнения по­ следней операции сигнал QKo вызовет переполнение счетчика и по­ явившийся сигнал Qnep прекращает выполнение обобщенной ко­ манды.

Выбор того или иного варианта технической реализации блока выработки сигналов операций в основном будет определяться фор­ матами команд и способами задания в них кодов операций. Может оказаться целесообразным такое конструктивное выполнение блока выработки сигналов операций, когда в нем будет сочетаться одно­ временно несколько вариантов выработки сигналов операций.

§3.4. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЦВМ

СПЕРЕМЕННОЙ АДРЕСНОСТЬЮ

Как уже указывалось, внутренний язык ЦВМ оказывает суще­ ственное влияние на структуру и особенности построения основных устройств машины. В частности, основной список операций опре­ деляет структуру и особенности функционирования операционного устройства — процессора, а система адресации и система форматов команд — определяют состав, назначение, структуру и особенности функционирования устройства управления.

Устройство управления ЦВМ с переменной относительной адре­ сацией и есть тот самый конечный преобразователь, который функ­ ционирует в соответствии с системой правил дешифрирующей преоб­ разующей грамматики Gs, описанной в § 2.8, и на основе получаемых из запоминающих устройств кодов команд основного, а также пер­ вого, второго и третьего дополнительных списков генерирует после­ довательность исполнительных кодов операций для операционного устройства и 'соответствующие им кортежи исполнительных адресов для системы оперативной памяти.

Ниже рассматривается вариант построения устройства управ­ ления некоторой ЦВМ, в состав внутреннего языка которой входят как команды основного списка, так и команды первого, второго и третьего дополнительных списков, каждый из которых характеризует­

5. /?к = 24 — разрядность команды.

130

б. Частотные характеристики алгоритмов (частотный спектр опе­ раций основного списка, частотный спектр относительных адресов, частотные спектры цепочек элементарных операций).

В соответствии с выражениями

К*»г = E { A - R J l \ y , l*i > A - R j (R bi + 1 ) ,

приведенными в § 2 .1 0 , допустимые разрядности относительных

адресов и соответствующие им длины цепочек элементарных опера­ ций в командах первого дополнительного списка представлены табл. 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

Допустимые разрядности одноадресных фрагментов и допусти­ мая длина цепочек операций в командах второго и третьего допол­ нительных списков, полученные на основе выражений:

различными значениями разрядностей относительных кодов опера­ ций, приведенными в табл. 3.3.

Для случая 10-разрядных фрагментов функция ик имеет при­ мерно одинаковое значение при различных разрядностях относитель­ ных кодов операций, изменяемых в пределах от трех до шести.

Для полученных значений R*$h, L*K, Ry, Rvk количество различных видов одноадресных фрагментов в форматах команд второго и

Всего в состав модели внутреннего языка на основе анализа частотных характеристик алгоритмов можно ввести 17 различных

третьего дополнительных списков, имеющие в своем составе фраг­ менты, отмеченные в табл. 3.4 номерами 3 и 4, не используются;

б) в первый дополнительный список вошли различные цепочки элементарных операций, количество которых в зависимости от дли­

132

Таким образом, после испытания модели внутреннего языка вы­ бранная система форматов команд имеет вид, изображенный на рис. 3.8.

При выполнении команд дополнительных списков устройство управления наряду с реализацией обычных функций должно быть приспособлено для осуществления следующих дополнительных дей­ ствий:

—• формировать исполнительные адреса из относительных и ба­ зовых,

— преобразовывать относительные и усеченные коды операций

вполноразрядные,

—вырабатывать из обобщенных кодов операций требуемые по­ следовательности кодов операций основного списка.

В соответствии с этим устройство управления включает в свой состав следующие узлы и блоки:

—приемный регистр команд и коммутатор,

—блок выработки исполнительных адресов,

—блок выработки исполнительных кодов операций.

Ниже приводятся возможные варианты схемной реализации этих элементов.

1. Регистр команд и коммутатор. Регистр команд (РК) служит для приема очередной команды из оперативной памяти, ее хране­ ния и выдачи составных частей кода команды в соответствующие узлы устройства управления. В соответствии с этими функциями РК должен иметь входную связь с кодовой шиной команд и несколько выходов на блок выработки исполнительных адресов и блок вы­ работки исполнительных сигналов операций. (В дальнейшем эти бло­ ки будут называться соответственно блоком адресов и блоком опе­ раций.)

Так как в каждой команде дополнительного списка состав и ко­ личество смысловых групп зависит от вида формата команды, то состав и количество связей регистра команд с каждым из этих блоков определяется выбранной системой форматов команд

(рис. 3.8).

Эти связи с блоками адресов и операций осуществляются через коммутатор. Увеличение количества форматов команд приводит к большому количеству связей РК с блоками адресов и операций, что, в свою очередь, усложняет схемы коммутатора и узлы управ­ ления.

В ряде случаев для обеспечения более глубокого совмещения во времени работы всех устройств ЦВМ необходимо иметь два и более связанных между собой регистров с целью одновременной обработки исходной информации по нескольким командам, вызван­ ным из оперативной памяти.

Схему коммутатора выдачи адресов и операций в этом случае можно заметно упростить, если в качестве РК использовать сдвиго­ вый регистр.

На рис. 3.9 приведена структурная схема одного из вариантов построения коммутатора и РК, состоящего из двух регистров РК-1 и РК-2.

Работа этой схемы осуществляется следующим образом. Очеред­ ная команда, поступившая по кодовой шине команд из оперативной

ды, которыми задаются признаки формата.

133

Рис. 3.9.

Рис. 3.10.

131

Логические выражения сигналов на выходе дешифратора по зна­ чению 21 ч-24 разрядов РК-2 для выбранных форматов команд при­ ведены в табл. 3.6.

1010. По признаку Ф0 коммутатор выдает полноразрядные адреса

и код операции на соответствующие блоки. По признаку Фи форма­ та команд первого дополнительного списка обобщенный код опера­ ции выдается в блок операций, а относительные адреса — в блок адресов. Параллельно с работой этих блоков на сдвиговом регистре производится сдвиг адресной части кода команды на величину раз­ рядности выданного относительного адреса. С поступлением сигнала об использовании первого адреса схемы управления коммутаторами обеспечивает выдачу в блок адресов с тех же разрядов РК-2 вто­ рого относительного адреса б2 и т. д. до тех пор, пока не будет

выдан последний относительный адрес этой команды. Одновременно с выдачей последнего адреса с РК-2 на РК-1 может приниматься очередная команда.

Если на РК-2 находится команда одного из форматов Ф2,- или Фзh то по соответствующему признаку усеченный или относительный код операции и относительный адрес первого фрагмента выдаются коммутаторами соответственно на блок операций и блок адресов. Одновременно с работой этих блоков по выработке полноразрядного когда операции и исполнительного адреса для первого фрагмента про­ изводится сдвиг кода команды на величину разрядности выданного фрагмента. Содержимое 21н-24 разрядов регистров РК-1 и РК-2, определяющих признак формата, не сдвигается.

135

С приходом сигнала об использовании первого фрагмента схе­ ма управления коммутаторами производит выдачу второго фрагмен­ та и т. д. до тех пор, пока не будет выдан последний фрагмент. Как и в предыдущем случае, одновременно с выдачей последнего фрагмента на РК-1 может приниматься очередная команда.

Сдвиги кодов команд дополнительных форматов производятся на регистрах РК-1 и РК-2. Количество необходимых сдвигов и их

В выбранном варианте схемы для уменьшения количества обору­ дования используются сдвиги на 2,3 и 5 разрядов, с помощью ко­ торых нужный сдвиг кода команды осуществляется за один или два такта работы сдвигового регистра. Например, сдвиг на 10 раз-

Рис. 3.11.

136

РК-2, сигналом Сч через вентили 1 и 2 заносится код, равный допол­ нению до четырех числа требуемых сдвигов. Логические выражения сигналов Счг приведены ниже:

Ся х — Ф 12 V Фи>

Сч г = Ф у з V Ф 22 V Ф г г V Ф ъ г V Ф 34 V Ф 35 V Ф .4-

Импульсный сигнал <ЗсДв через открытый вентиль 3 поступает на формирователь сигналов сдвига. Схема формирователя управляется

сигналами Л, и обеспечивает передачу сигнала QсЯВ на выход

^— *:—

в виде одного из сигналов: 2, 3, 5 — сдвиг влево на два, три и пять разрядов соответственно. Логические условия формирования сигна­ лов fli сведены в табл. 3.8.

Пусть на РК-2 принята команда формата Фп, состоящая из обобщенного кода операции и трех относительных адресов. Одно­ временно с этим в счетчик будет записан код 010. После исполь­

зования первого относительного адреса сигнал Qcдв через открытые

—

вентили 3 к 5 сформирует первый сигнал сдвига 5 и увеличит со­ держимое счетчика на единицу. С приходом очередного сигнала Qсдв аналогичным образом будет сформирован второй сигнал сдвига

5 и к счетчику добавится единица. Содержимое счетчика, равное 100,

137

запрещает дальнейшее формирование сигналов сдвига при Выполне­ нии этой команды.

Если на РК-2 окажется команда формата Фи, для которой сдвиг необходимо производить на 7 разрядов, в счетчик заносится код, равный 011. После использования первого относительного ад­ реса сигнал <2сдв через открытые вентили 3 а 8 сформирует сигнал

сдвига 2. Следующий сигнал QСВд через открытые вентили 3 я 4

вырабатывает сигнал 5 и добавляет единицу в счетчик. Сдвиг кода команды формата Ф]4 на этом прекращается, так как в счетчике окажется код, равный 100. Порядок работы схемы управления сдви­ гами для команд остальных форматов описан в табл. 3.9.

Коммутатор адресов (рис. 3.12) состоит из 16 одноразрядных диодных коммутаторных элементов (КА-1—КА-16) и узла размно­ жения знакового разряда относительного адреса. Управление ком­ мутаторными элементами осуществляется сигналами Пи логика фор­ мирования которых приведена в табл. 3.8.

с 3, 10, 13, 15, 16 и 17 разрядами РК-2 в зависимости от сигнала формата Фц и значения соответствующего признака Пи

Аналогичным образом строятся коммутаторные элементы для входов на 1—7-го разрядов блока адресов (рис. 3.12).

Коммутаторные элементы КА-8—КА-16 служат для простой передачи старших разрядов адреса в старшие разряды блока адресов

его знак. Эту операцию выполняет специальная схема размножения значения знакового разряда.

138

Рис. 3.12.

Коммутатор операций (рис. 3.14) включает в свой состав шесть одноразрядных коммутаторных элементов (КО-1—КО-6) и схему размножения знакового разряда относительного кода операции. Раз­ личия в работе коммутатора операций и коммутатора адресов сво­ дятся к тому, что выход каждого разряда коммутатора кодов опе­ рации подключается в зависимости от характера управляющего сигнала В, либо к регистру операций, либо к одной из трех схем формирования исполнительного кода операций в зависимости от признака формата команды, находящейся на РК-2. Например, для коммутаторного элемента КО-3 эти связи показаны на рис. 3.15.

Управление коммутатором операций осуществляется сигналами В\, приведенными в табл. 3.10.

16 + 4 16 + 4

с Р К - 2

Рис. 3.13.

139