Построение быстродействующих контроллеров на основе бму

Типовой процесс проектирования включает:

1. Анализ объекта управления:

• изучение состава датчиков входных сигналов;

• изучение состава исполнительных элементов;

• изучение или разработка алгоритма работы объекта управления;

• изучение динамических характеристик объекта управления, датчика входной информации и исполнительных элементов;

• изучение динамических и статических точностных характеристик системы управления;

• анализ конструктивных требований.

2. Оценка возможностей использования типового варианта контроллера.

3. Формирование взаимосвязи объект управления – контроллер.

4. Разработка программ работы контроллера.

Два режима работы:

1. Стартовый – по сигналу "Старт" заносится стартовый код, который как правило является начальным адресом микропрограммы управления объекта.

2. Последовательный – по сигналам УА из зоны следящего адреса формируется адрес следующей микрокоманды, а из зоны опроса внешних устройств формируются сигналы позволяющие осуществить ветвление программ.

Эти устройства могут быть многократными. Выбор программы зависит от стартового кода.

Структурные методы повышения быстродействия микропроцессора Временные диаграммы взаимодействия основных узлов микроЭвм

N_i – ссылка на адрес следующей микрокоманды

C_i – разряды управления процессорными элементами и субблоками.

S_i – информация о состоянии ПЭ (регистр состояния).

a_i – адрес текущей микрокоманды.

t_a – время установки информации на выходе.

t_NC – время реакции управляющей памяти на адрес, поступающий из БМУ.

t_s – время формирования результата операции в ПЭ с момента поступления сигнала С_i.

t_m – время, необходимое для фиксации результата операции во внешнем устройстве.

Конвейерная обработка информации

t_A

t_NC

t_р

t_s

В данном случае имеют место 2 параллельных процесса:

1. Формирование адреса следующей микрокоманды.

2. Выполнение операции в проц. эл-те.

При этом задержки t_s и t_NC совмещаются во времени. А т.к. t_p и t_A приблизительно одинаковы, то быстродействие повышается в 1,5 – 1,8 раза.

Достоинства: повышение быстродействия при минимальных аппаратных затратах.

Недостатки: наличие фазового сдвига в тех участках вычислительного процесса, в которых происходит анализ состояния ПЭ. Для устранения этого недостатка используются "длинные" микрокоманды. "Длинная" микрокоманда – это микрокоманда, в которой разряды управления не изменяются в течение двух тактов.

УП и ПЭ – устройства комбинационного типа.

Многоуровневая конвейерная обработка

В данном случае имеет место случай когда ПЭ по своему быстродействию значительно превышает быстродействие памяти. В этом случае устанавливается такое количество конвейерных регистров, во сколько раз быстродействие процессора выше быстродействия памяти.

Достоинства: максимальное быстродействие при минимальных аппаратных затратах.

Недостатки: наличие фазового сдвига в тех участках вычислительного процесса, когда оценивается состояние ПЭ.

Для устранения этого недостатка используются и длинные микрокоманды, т.е. микрокоманды, которые занимают 2 такта.

Память с расслоением

В данном случае ПЭ также быстрее

В данном случае используется такое количество слоёв памяти - во сколько раз быстродействие ПЭ выше быстродействия памяти.

Достоинства: повышение быстродействия при минимальных аппаратных затратах.

Недостатки: наличие фазового сдвига при выполнения программ ветвления.

Для ликвидации этого недостатка используются длинные микрокоманды, т.е. одна и та же микрокоманда размещена в соседних слоях памяти.

Вычислительные системы с переменной длительностью цикла

Такт, когда выполняется операция в ПЭ

t_A

t_NC

t_S

t_m

1 – время необходимое для выполнения логической операции.

2 – время необходимое для выполнения арифметической операции без формирования признаков состояний.

3 – арифметические операции с формированием признаков состояний.

В структуру микрокоманды вводятся дополнительные разряды, которые обеспечивают управление генератором ТИ, который формирует соответствующую временную диаграмму.

Достоинства: повышение быстродействия на 15-20%

Недостатки: наличие машинного цикла переменной длины.

При построении вычислительных систем обычно встречаются все 4 варианта структурных решений.