Вопрос 11. Микропрограммирование

Элементарная неделимая операция, выполняемая в ОА, называется микрооперацией.

Микрооперации выполняются аппаратно на соответствующих операционных элементах.

Длительность такта автоматически выбирается достаточным для выполнения самой продолжительной микрооперации с учетом необходимого времени на срабатывание управляющего элемента.

Набор микроопераций, выполняемых параллельно в одном такте, называется микрокомандой.

Последовательность микрокоманд называется микропрограммой.

Выделяют несколько уровней микропрограммирования:

1. Языки высокого уровня

2. Машинные кода (Assembler)

3. Микропрограммы (создаются разработчиками микропроцессора)

Вопрос 12. Структуры операционных автоматов

ОА условно делят на автоматы процедурного и структурного типов. В первых используется минимальный набор базовых элементов, с помощью которых можно реализовать алгоритмы из заданного набора. Они рассчитаны на процедурный характер выполнения алгоритмов – сложные операции выполняются с помощью последовательности простых.

Во вторых значительная часть или весь алгоритм выполняется с помощью аппаратных решающих блоков. Они демонстрируют аппараты реализационного алгоритма (например, матричный умножитель).

ОА процедурного типа можно условно разделить на:

1. Автоматы канонической структуры (I-автоматы и M-автоматы)

Получаются в результате соответствующих этапов формального синтеза. Они как правило обладают избыточностью. Каждой операции соответствует отдельный операционный элемент. В результате оптимизации получается I-автомат. В них разные регистры связаны с разными операционными элементами, т.е. каждому регистру соответствует список микроопераций. Некоторые микрооперации могут выполняться параллельно, поскольку в них участвуют разные регистры.

Несли в автомате присутствует всего один универсальный элемент (например универсальный АЛУ процессора), и все регистры связаны с этим операционным элементом с помощью магистральных шин и коммутаторов, то этот автомат называется M-автоматом. Он более универсален, но обладает меньшей производительностью, поскольку одновременно в одном такте может выполняться лишь одна микрооперация.

В ОА структурного типа алгоритм выполняется за один или небольшое количество тактов. Количество операционных элементов и регистров достаточно для аппаратной реализации алгоритмов в соответствии с потоковым графом вычислений. Используется параллельная и конвейерная обработка. В общем случае ОА структурного типа изоморфен графу.

Вопрос 13. Синтез оа процедурного типа

ОА процедурного типа можно условно разделить на:

Автоматы канонической структуры (I-автоматы и M-автоматы)

Получаются в результате соответствующих этапов формального синтеза. Они как правило обладают избыточностью. Каждой операции соответствует отдельный операционный элемент. В результате оптимизации получается I-автомат. В них разные регистры связаны с разными операционными элементами, т.е. каждому регистру соответствует список микроопераций. Некоторые микрооперации могут выполняться параллельно, поскольку в них участвуют разные регистры.

Несли в автомате присутствует всего один универсальный элемент (например универсальный АЛУ процессора), и все регистры связаны с этим операционным элементом с помощью магистральных шин и коммутаторов, то этот автомат называется M-автоматом. Он более универсален, но обладает меньшей производительностью, поскольку одновременно в одном такте может выполняться лишь одна микрооперация.

Этапы синтеза кононической структуры.

Исходной информацией является реализованный алгоритм или набор алгоритмов.

1. Входным словам ставятся в соответствие входные шины ОА и соответствующие регистры (А_вх-> Rg_{вых. шины})

2. Выходным словам ставятся в соответствие выходные шины, соединенные с соответствующими регистрами.

3. Внутренним словам алгоритма S_e ставятся в соответствие регистры соответствующей разрядности (S_e-> Rgl)

4. Каждой микрооперации алгоритма y_i описываемой оператором присваивания ставятся в соответствие комбинационные схемы φ_i (ОЭ), входы которой соединены с регистрами S_β ,…, S_y , а выход соединен с регистром S_α с помощью шины управляемой сигналом y_i.

y_i: S_α := φ_i (S_β ,…, S_γ)

5) Каждому условию алгоритма X_j {каждому информационному сигналу) ставится в соответствие КС для его реализации, либо разряд регистра, входы которого соединены с входами операндов d_m, … а выходом является выход ОА x_j.

Рассмотрим пример синтеза автомата канонической структуры и его оптимизацию на примере автомата для выполнения умножения (в прямом коде с округлением результата)