7. 3.2.1. Организация цуу (на примере гипотетической одноадресной эвм).

В составе ЦУУ можно выделить:

1. блок выборки команд: Сч Команд, регистр признаков результатов и, соответственно, условных переходов и все «сопредельные» коммутирующие цепи; в РгПризнаков можно выделить подрегистр аварийных переходов – РгПП;

2. блок фиксации команды: Рг Команд (его части, подрегистры: Рг Адреса, Рг КОП, признака операции) и соответствующие цепи связи и коммутации;

3. дешифратор кода операции и блок формирования УФС (в нем и генератор тактов импульсов).

Некоторые пояснения к рисункам:

наличие сигналов z и убыстряет работу, т.к. это ответы-квитанции (элемент асинхронного обмена информацией);

сигнал у₀ может быть сформирован с ПУ или специальной схемой в блоке питания компьютера;

признаки результата и условных переходов формируются в АЛУ, но можно представить себе и другие; например, с пульта;

операции в АЛУ обычно самые продолжительные; поскольку с точки зрения простоты оценки программы удобнее, чтобы все были бы равны (или близки), то другие команды иногда «наращивают» дополнительными функциями (совмещение функций разных команд в одной).

Для пояснения работы схемы используется содержательная структурная граф-схема алгоритма (ГСА).

Обозначения на схеме:

БФУФС – блок формирования управляющих функциональных сигналов;

ДшКО – дешифратор кода операции;

ПУ – пульт управления;

y₀ – "начальная загрузка"; сигнал может быть сформирован на самом ПУ;

y₁ – сигнал передачи адреса в ОЗУ;

y₂ – сигнал записи РгС ОЗУ в РгК;

y₃ – подготовка и дешифрация КО в соответствующем дешифраторе;

y₄ – сигнал формирования адреса ОЗУ; далее последует собственно чтение;

– задержка коррекции СК;

, – задержки срабатывания ОЗУ и АЛУ (при асинхронном принципе срабатывание констатируется по «квитанциям», при синхронном можно ввести фиксированные постоянные, и не использовать z и).

<130>

В ГСА принято (условно), что ПМ определяет вид пересылки и кодирует:

ПМ=1	АЛУОЗУ	ПМ=6	АЛУУВВ
ПМ=2	Результат остается в АЛУ	ПМ=7	УВВАЛУ
ПМ=3	ОЗУАЛУ	ПМ=8	ОЗУРгАдРгК
ПМ=4	ОЗУУВВ	ПМ=9	АЛУРгАдРгК
ПМ=5	УВВОЗУ	ПМ=10	РгАдРгКОЗУ

ПМ – признак модификации в команде.

Рис. 3.2.1.1.

Рис. 3.2.1.2.

ПМП – признак модификации условного перехода (модификации условия).

y₅ – сигнал записи слова из ОЗУ в регистр А АЛУ;

y₆ – сигнал записи слова из ОЗУ в регистр-сумматор АЛУ;

y₇ – сигнал для записи результата из АЛУ в РгС ОЗУ;

y₈ – управляющий сигнал для команд переходов принудительной записи в СК нового адреса;

y₉ – сигнал записи слова из ОЗУ во внешнее устройство;

y₁₀ – сигнал обнуления i-го разряда РгУП.

На графической схеме алгоритма показана и «БП-подставка», но ей надо очень аккуратно пользоваться.

<131>

8. 3.2.2. Принципы формирования уфс.

Теперь вам вполне понятно, что выполнение всякой операции в ЭВМ состоит из последовательности элементарных действий, называемых микрооперациями. Каждое из этих действий определяется подачей группы УФС.

Суть автоматического управления вычислительным процессом: формирование и распределение «в пространстве и времени» импульсов УФС.

Выше уже говорилось о том, что УУ, точнее БФУФС строится по «жесткой» или по «гибкой» логике. Выше в ЦУУ выделены блок фиксации команд (БФК), базирующейся на РгК, и блок выборки команд (БВК), имеющий в составе СчК и РгУП. Но весьма существенно, также, что существует два способа временной взаимосвязи элементарных действий: синхронные УУ и асинхронные УУ.

В синхронных УУ моменты окончания и начала несовместимых микроопераций строго спланированы и привязаны по ТИ, которые вырабатываются ГТИ. В асинхронных – начало следующей операции «привязано» к окончанию предыдущей (вызванных ею переходных процессах в схемах). Следовательно, необходимо ловить этот момент.

Синхронные УУ более просты в анализе работы и в наладке, а также более надежны (мала вероятность, что помеха совпадет с ТИ, которые исполняют роль стробирования). Асинхронные УУ имеют выше быстродействие. На практике используются и те, и другие, причем даже в одном УУ. Например, для коротких операций – синхронный принцип, а для длинных – асинхронный.

<132>

Рассмотрим структуру УУ общего управления (для определенности: «жесткая» логика, синхронный принцип).

Рис. 3.2.2.1.

Рис. 3.2.2.2.

Рис. 3.2.2.3.

На рисунках: РТИ – распределитель тактовых импульсов. Он может быть синтезирован на базе счётчика и дешифратора (счётчик здесь лишь конечный автомат с необходимым числом состояний), либо на базе длинного регистра сдвига (циклический сдвиг «одинокой 1»), либо на базе элементов линий задержки с последовательными срабатываниями и др. РТИ выполняет привязку по времени, а СФУФС, соединённая со всеми блоками вычислителя, - по месту.

Пример. Построение СФУФС по алгоритму:

Операция

КО

1ПМ

Номера тактов

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Переслать АЛУ ЗУ

00010

001

у1, Сч

(z)

у2

у3

у4

у7, Зп

(z)

Переслать ЗУАЛУ

00010

011

"

"

"

"

у4, Сч

(z)

у5

Переслать ЗУУВВ

00010

100

"

"

"

"

у4, Сч

(z)

у9

Сложить <АЛУ>+<ЗУ>АЛУ

00001

010

"

"

"

"

у4, Сч

(z)

у5, KA1

Вычесть <ЗУ>-<АЛУ>ЗУ

00101

001

"

"

"

"

у4, Сч

(z)

у6, KA2

у4

у7, Зп

(z)

Суммировать <АЛУ>+<ЗУ>ЗУ

10001

001

"

"

"

"

у4, Сч

(z)

у5, KA3

у4

у7, Зп

(z)

Сдвиг <АЛУ> вправо

01000

010

"

"

"

"

KA4

Суммировать ДГ <АЛУ>+<ЗУ>УВВ

01001

100

"

"

"

"

у4, Сч

(z)

у5, у11,

Сч

(z)

у12, KA5

у9

у₁₁ – управление записью ;

у₁₂ – засылка второй части операнда в некий регистр АЛУ.

Дальше все будет очень просто: разряды КО, ПМ и сигналы с РТИ суть аргументы, а у₁, у₂,…, у₁₂,…, Сч, Зп, КА1, КА2,…–функции (логические). Пригодны методы комбинационного синтеза.

<133>

Особым случаем такого подхода является использование ПЛМ для построения СФУФС. У ПЛМ много общего с ППЗУ.

Рис. 3.2.2.4.

ПЛМ - регулярная структура, состоящая из двух матриц: «И» и «ИЛИ». При программировании ненужные связи «выжигаются».

Совокупность РТИ и СФУФС иногда называют датчиком УФС - ДУФС. В случае рассмотренного общего управления ДУФС един.

Но можно поставить, например, на каждый тип операции свой ДУФС. При этом получается УУ индивидуального управления. Каждый из датчиков будет проще, можно оптимизировать по числу тактов, т.е. по быстродействию. В чистом виде практически не используется. Чаще делают смешанное построение ДУФС. В частности, по таблице напрашивается выделение первых четырех тактов, а остальное – возлагается на индивидуальные ДУФС.

Пример схемы с использованием индивидуальных и общих ДУФС:

Рис. 3.2.2.5.

В данном случае используется общий ДУФС₀, который генерирует УФС машинного цикла, связанного с выборкой очередной команды. Этот подход можно развить, выделяя ДУФС для выборки операндов и т.д. С другой стороны, индивидуальные ДУФС можно объединять по равенству числа тактов.

<134>