книги из ГПНТБ / Евреинов Э.В. Цифровые автоматы с настраиваемой структурой (однородные среды)

Аналогично

к а ж д о м у

оператору управления ставится

в соответствие

л о к а л ь н а я

схема управления, о б с л у ж и в а ­

образом, в О С

реализуется

вычислительное устройство

с децентрализованным

управлением >и

распределенной

памятью [Л. 6-1].

Применение

схемного

моделирования

алгоритмов

вы­

числения в ОС

позволяет в

ряде случаев отказаться

от

чаются длинные пересылки информации м е ж д у

решаю ­

щей,

з а п о м и н а ю щ е й

и у п р а в л я ю щ е й

частями

м а ш и н ы .

Определенным препятствием иа пути повышения ско­

рости

обработки информации

в

ОС, о б л а д а ю щ е й

свойст­

вом

близкодействия,

является

инерционность

к а н а л о в

связи. Следует отметить,

что это ограничение

присуще

не т о л ь к о О С . По мере

роста

тактовой

частоты

совре­

менных Э В М инерционность

к а н а л о в

связи в них

играет

все более заметную роль.

В

современных Э В М д л я

повышения

быстродействия

вать простои

решающей

части

и

сократить

время

вычисления.

Организация

цифровых

устройств

в О С ,

использую­

щ а я схемное моделирование алгоритмов

и

совмещение

во времени операций передачи и обработки

информации,

позволяет достигнуть

согласования

характеристик

управ ­

л я ю щ е й машины

в

О С

с

требованиями

управляемого

объекта .

Универсальность и гибкость ОС достигаются

ценой

определенной

аппаратурной

избыточности.

К а к показа­

л и примеры реализации

в

О С различных

логических и

вычислительных

устройств,

а п п а р а т у р н а я

избыточность

элементов,

состоящем из схем

И, И Л И , Н Е ,

триггер,

одноразрядный регистр,

одноразрядный сумматор, л е ж и т

в пределах

1,5—3. Эта

избыточность

зависит

к а к от

класса решаемых задач,

так и

от вида

ячеек структуры.

6-2. Э Л Е М Е Н Т С Р Е Д Ы

Элементы среды могут отличаться набором

реализу­

емых функций, методом

настройки и т. п. Способ

пост­

роения

вычислительных

устройств

и организацию

вычис­

лительных процессов

рассмотрим

« а примере

одного ва­

рианта

однородной

среды,

состоящей

из

элементов,

о б л а д а ю щ и х

достаточно

высокой

логической

эффектив ­

ностью и отвечающих современному уровню

технологии

интегральных

схем.

В элементе реализуются следующие функции, причем

число переменных не более четырех: 1) один

р а з р я д

последовательного сумматора;

2)

один

р а з р я д

регистра

сдвига

(конъюнкция

переменных

с фиксированной за­

Функциональная

схема

элемента

приведена

на

рис. 6-1 и в табл .

6-1. Элемент

содержит

170 М Д П

транзисторов и размещается в стандартном

корпусе с 14

выводами .

Т а б л и ц а

6-1

Триггеры

'Л

и,

Функции

2{t)

0

0

( x , x 2 x 3 x j (t — 1)

0

1

1

2j = X 3 ,

2Tg = =

%3 " ^1» ^4 = = = ^2

1

0

Сумматор

1

1

1

(хгх2х3х4)

(0

1

1

0

( x , x 2 x 3 x 4 )

(t)

Р а б о т а элемента

в

среде

описывается

следующей

системой

уравнений:

г* (0 =

[0/7 Ф /)

+

0 . + ? . ) ] ( 0 . 6 = 1 . 2 ;

(6-1)

М О = [ ( у » е Ш * * - 8 + & - . . + 0 . + Ш * ) ;

k=z,4\

(6-la)

х ' / ( 0 = 4 ( / _ 1 ) ( 0 ;

(6-2)

4'W=zi<'-, ) (0;

(6-3)

4 ( 0 = z ' ; ( ' 4 , ) ( 0 ;

(6-4)

xii(t)=^^(t)-

(6^5)

У'!

О = К ' - , Q 1

W

)

(' -

1 )•

Л = 1 . 2 ,

3,4,5,6;

(6-6)

у1'

(t) == {«/'> Q 'iT'cb' +

у1' {(x, + ft) (x3 +

» 2 ) (JC, +

ft)

X

X С** +

У,) +

t/5t/7 [(л, + ft) (x2 + ft) +

(л-, +

у,) (л-3

- f ft) +

+

(•*, +

У,) (x, +

У..) +

(xa +

ft)

(A'3 -4- ft) +

(л\ +

ft)

X

Х ( ^ + ^ + ( ^ + У з ) ( ^ + г / , ) + у 0 ] ) " } ( ^ - О; (6-7)

f (t) = {у5 (л-, + у,) {х2

+

ft)

(л, +

ft)

(л, +

г/.,)

X

X [(х, +

27.) (хл

+

ft)

+

(х, +

ft)

(х3 - f ft) +

(х, +

ft)

X

(хл

+

уj

Ч- (л . 4 - ?2)(л'з 4 - ft) 4 - (JC . 4 -

ft) (л-., 4 - ft) 4 - (л-3

4 -

+

ft)(*.1

+

ft)+i/0]}(0>

(6-8)

где

// — координаты

элемента в

с р е д е ;

JC1 ' — сигнал

на

/г-м логическом входе

элемента; z'^ — сигнал

на /г-м вы­

ходе элемента; у'' — сигнал

на

выходе

k-ro

триггера

элемента;

\Vi, c/J' — сигналы

на

горизонтальной

и

вер ­

тикальной

координатных

шинах

среды; Q — сигнал для

записи

информации

в

триггеры

элемента.

В соответствии

с

уравнениями

(6-1)—(6-8)

элемент

реализует

следующие

функции:

1. Один р а з р я д последовательного

сумматора

Уь =

1. Уо =

0.

гк

(/) = (у7

0

f) (t);

(6-9)

/ V) =

{(х, 4 - У,) (хй

+

ft)

(х3 + ft) (хл 4 - ft) X

X [ К +17,)

+

ft)

4" (-V, +

(А'з +

ft) +

+

(-V, +

ft) (х, 4 - ft) +

(х2

+

ft)

(л-3 4 - ft) +

(х2 4 -?

а

)

х

X (X, + ft) +

(Л-3 4 - у,) (X, 4 - у,)}} (t);

(6-10)

У, (0 =

{(•*, + У,) (х.2 4 - ft) (JC, +

ft) (Л"4 4 - ft)

+

+

У, [(*. +17.) (л% +

уа ) + {х, +

ft)

(л'3

+

ft)

4 -

4 - (•*, 4 - h) (х4 4 - ft) +

{х2

4 - ft) (л а +

ft)

4 -

+

(xa

+

ya){xi+y<)

+

{xt+yl){xi+yi)]}(t-l).

(6 - П )

отдать

динамической

памяти.

Оперативное З У динамического типа

(с

упорядочен­

ной

и

адресной

выборкой)

организуется

из

замкнутых

в кольца

элементов

ОС, •настроенных на

функцию

реги­

стра

сдвига.

В ОЗ У с упорядоченной

выборкой

информация

хра­

нится в одном или нескольких регистрах,

о б щ а я

длина

которых

/ равна:

/ =

- £ - ,

(6-18)

где

s — объем хранимой

информации;

г — разрядность

регистра

сдвига

элемента;

при r = l , l =

s.

Выборка

информации

производится

под

воздейст­

вием

управляющего

сигнала у,

длительность

и

период

следования

которого

соответственно'равны:

т = п ;

(6-19)

T = kn,

(6-20)

где

п — число

разрядов

считываемого

слова;

k =

= { 1 , 2 . . . } — натуральное

число.

В

О З У

с произвольной

выборкой

используется

сов­

падение

во

времени

управляющих сигналов: z/i и уг для

записи;

у3 и t/4

дл я

считывания

(рис. 6-2).

Совпадение

гическими

вентилями

Я), Mz

и Я 3 , #4. Прием

информа ­

ции из синхронного к а н а л а

связи JI3i,

ЛЗг

в

кольцевые

регистры

Pj,

Pz,...,

Рт

и

считывание

из

регистров

в

синхронный к а н а л

связи

Л33,

Л 3 4

осуществляются

с

помощью

вентилей

И5,

И6

и Я 7 ,

Я 8 .

З а д а н и е адреса

в

т а к о м З У

сводится

к

установлению

соответствующей

з а д е р ж к и

м е ж д у двумя

у п р а в л я ю щ и м и

с и г н а л а м и (на­

менной

интервал) .

6-4. В Ы П О Л Н Е Н И Е О П Е Р А Ц И Й С Л О Ж Е Н И Я И У М Н О Ж Е Н И Я

П р и

выборе способа с л о ж е н и я чисел следует учиты­

вать следующее .

Вследствие инерционности каналов

связи

в ОС, о б л а д а ю щ и х

свойством близкодействия,

время

с л о ж е н и я

чисел при

параллельном способе ока-

Л3-1

лз-z

Рис. 6-2. Структурная схема ОЗУ с произвольной

выборкой.

з ы в а е т ся

такого

ж е

порядка, что и время

сложения

при

последовательном способе. П о

аппаратурным

з а т р а т а м

преимущество, безусловно, за

последовательным

спосо­

бом. Кроме того, последовательный сумматор

имеет

один выход (в параллельном сумматоре

два

выхода —

суммы

и переноса),

что

существенно упрощает

схему

элемента ОС .

На

рис. 6-3,а- приведена функциональная схема

сло­

жения

чисел с

помощью

т — 1 сумматора .

Линии

за­

держки,

включенные

м е ж д у с у м м а т о р а м и ,

создают

син­

хронный

канал

передачи

промежуточных

сумм .

Р а з м е ­

В О С

используются

программное и

автоматическое

синфазированне

слов. П р и программном

е я н ф а з и р о в а -

нии з а р а н е е производится выравнивание

з а д е р ж е к

м е ж ­

ду словами.

.При

втором

способе

в ы р а в н и в а н и е

з а д е р ж е к

осу­

налов, следующих

перед з н а ч а щ и м и р а з р я д а м и слов.

ЛЗ

лз

S=xi+Xz+.~+Xm

1

1

1

1

1

S=Xi+Xz+Хз+Х^

Xj

Xz

Xj

Xif

1-ячейка

настроена

на функцию

супнатора

1-ячейка

наспрее на на функцию

задержка

Рис. 6-3.

Схема сложения чисел.

рому Ь. Б момент времени

встречи

м а р к е р н ы х

импуль­

сов

слово а

переключается

в

обратный

к а н а л

связи,

после

чего

оба

слова

движутся

синфазно

в

одном

на­

правлении (рис. 6-4,а).

В

том

случае, когда з а д е р ж к а

м е ж д у

с л о в а м и

су­

щественная,

синфазированне

осуществляется

при

помо­

щи

промежуточной

памяти.

Первое

по

времени

слово

записывается в

статический

регистр. В

момент

прихода

маркерного

сигнала

второго

слова начинается

считыва­

ние первого слова из регистра в соответствующий

син­

хронный

к а н а л

связи

(рис.

6-4,6). Триггеры

Tzi

и

Тгв

выделяют

маркерные

сигналы слов а

и Ь.

временно метод записи из

синхронного к а н а л а

в

стати­

ческий регистр

и обратно

(метод т—2%).

Операторы

управления

выполняются в ОС

в

виде

местных и центральных

логических у п р а в л я ю щ и х

схем

г —>

J

т

J4-

'J

Рис.

6-4.

Схемы

авто­

. 5I е

1*

11

матического

спнфа-

J

зирования

слов

при

+

J

помощи

маркерных

В

>7

сигналов

(а) и

про­

— * ~ /

межуточной

памя­

10

ти

(б).

лительного устройства.

Количество

у п р а в л я ю щ и х

сигна­

лов, их длительность и

частота

повторения

определяют­

ся алгоритмом решения задачи .

Так,

например, д л я

управления

блоком

умножения

чисел в

дополнительных кодах

по

методу

расширения

разрядной сетки

сомножителей

необходим

одни

управ­

л я ю щ и й сигнал

у.

На рис. 6-5,а

приведена функциональная

схема бло­

ка умножения

четырехразрядных

чисел. Множитель b

хранится

в статическом

регистре 7>i—Тгь

(в

Тг^ — зна-