52. Эквивалентные операции и обобщенный оператор

Рассмотрим более подробно, как можно уменьшить аппаратурные затраты. Для уменьшения комбинационной схемы можно выделять эквивалентные операции и объединять их в обобщенный оператор. В качестве примера рассмотрим две микрооперации

y₁: s₄:= s₁+s₂; y₂: s₅:= s₁+s₃ +1,

где y₁ и y₂ – управляющие сигналы, реализующие одну и ту же функцию сложения над различными словами. В канонической структуре для реализации этих микроопераций необходимы две комбинационные схемы – два сумматора (рис. 6. 17а). Чтобы уменьшить затраты оборудования в операционном автомате, можно использовать только один сумматор(рис. 6.17б). В этом случае сумматор подключается к регистрам s₂ s₃ управляемыми шинами, с помощью которых вход А₁ сумматора соединяется с регистром s₂или s₃. Когда выполняется микрооперация y₁, на вход А₁ поступает значение s₂, а при выполнении микрооперации y₂ – значение s₃. Аналогичным образом константа 1 поступает на вход А₂ сумматора только при выполнении микрооперации y₂. Таким образом, одна комбинационная схема может использоваться для выполнения нескольких микроопераций, эквивалентных в смысле реализованных функций. За счет этого могут быть уменьшены затраты оборудования в операционном автомате. Использование одной комбинационной схемы для выполнения нескольких микроопераций исключает совместимость этих микроопераций. Так, функционально совместимые микрооперации в структуре (рис. 6.17а) могут выполняться в одном такте и становятся несовместимыми в структуре (рис. 6.17б), т.е. могут выполняться только в различных тактах. Если в функциональной микропрограмме микрооперации y₁ и y₂ использовались совместно в одной операторной вершине, то при использовании структуры (рис. 6.17б) время операции увеличивается из-за структурных ограничений на совместимость этой пары микроопераций. Таким образом, экономия оборудования может повлечь увеличение времени выполнения операций.

Рисунок 6.17 – Реализация эквивалентных микроопераций

Микрооперации b S_1:=_m(S_2,…,S_) и S_I:=_m(S_2,…,S_q) считаются эквивалентными, когда операторы содержат одну и ту же функцию _m, т.е. функции в операторах имеют одинаковые имена.

Эквивалентность устанавливается следующим образом.

Двоичные выражения C_1*C_2*…*C_p и C_1*C_2*…*C_q , где C_ ,C_ - аргументы, представляемые словами, их инверсиями и константами; * - знаки двоичных операций называются эквивалентными, если одно из двоичных выражений может быть приведено к другому путём:

1. замены слова С_ словом С_ или инверсией ТС_;

2. замены слова С_ константой (в том числе и нулём) и наоборот;

3. замены одних констант другими, в том числе и нулевыми;

4. равносильными преобразованиями выражения C_1*C_2*…*C_p.

Эквивалентным микрооперациям у₁ и у₂ соответствует обобщённый оператор S:= S₁ + A₁ + A₂, где

53. Операционный автомат типа I

Проектируемый операционный автомат должен обеспечивать заданную производительность. Требуемая производительность может быть обеспечена только в том случае, если синтезируемая структура не вносит ограничений на совместимость микроопераций, т.е. обеспечивает возможность одновременного выполнения всех функционально совместимых микроопераций.

Для минимизации аппаратурных затрат необходимо обобщать комбинационные схемы, выполняющие микрооперации из множества Y = {S_n:=_m(S)}, n = 1,…, N и вычисляющие осведомительные сигналы из множества X = {x_e = ψ_e (S_1,…,S_k)}.

Операционные автоматы, структура которых обеспечивает одновременного выполнения всех эквивалентных и функционально совместимых микроопераций при использовании минимально возможного числа комбинационных схем, относятся к классу I-автоматов.

Структура I-автомата синтезируется следующим образом:

1. Множество микроопераций Y = {y₁,…,y_m} разбивается на подмножества Y₁,…,Y_N, соответствующие внутренними регистрами S₁,…,S_N .

2. На подмножествах Y_n, n=1,…,N выделяются классы эквивалентных микроопераций K_nj, j = 1,…,J_n .

3. Для каждого класса K_nj, содержащего не менее двух эквивалентных микроопераций, строется обобщённый оператор. Если класс K_nj содержит только одну микрооперацию, то обобщенный оператором данного класса является сама микрооперация.

4. Исходя из описания слов, обобщённых операторов и логических условий, строится структура схемы I–автомата.

Структуры ОА типа I приведены на рис.6.18.

Рисунок 6.18 – Структура ОА типа I

Для I-автоматов характерно то, что каждый регистр обслуживается своей комбинационной схемой, средствами которой реализуются микрооперации, вычисляющие значения слова s_n.