Организвция ЭВм и систем

ременные как в прямой, так и в инверсной форме. На входы любого элемента "И" поданы все входные переменные и их инверсии. Ко входам каждого элемента "ИЛИ" подключены выходы всех элементов "И". Наконец, выходные элементы позволяют получить любую из выходных функций в прямом или инверсном виде.

Программирование матрицы состоит в устранении ненужных связей с помощью фотошаблонов или выжиганием (подобно тому, как это делается в ПЗУ).

Программируя ПЛМ, можно реализовать нужные системы булевых функций. Это позволяет строить управляющие автоматы весьма сложной структуры. В силу своей сложности УУ, как правило, описывается большим количеством булевых функций многих переменных. Эти переменные, в свою очередь, часто бывают зависимыми, поэтому оказывается необходимой совместная минимизация системы булевых функций, реализуемой ПЛМ.

Рассмотренная выше функциональная схема иллюстрирует только саму идею построения ПЛМ. Структура же реально выпускаемых БИС достаточно разнообразна. Для построения управляющих автоматов наиболее удобны БИС, содержащие наряду с ПЛМ набор выходных триггеров.

Следующим поколением устройств типа ПЛМ являются ПЛИС – программируемые логические интегральные схемы, позволяющие программно скомпоновать в одном корпусе электронную схему, эквивалентную схеме, включающей от нескольких десятков до нескольких сотен ИС стандартной логики.

В настоящее время на мировом рынке доминируют несколько производителей ПЛИС – XILINX, ALTERA, LATTICE, AT&T, INTEL. Выпускаемые ими ПЛИС весьма разнообразны по сложности, назначению, многофункциональности и т.д., однако все они делятся на две большие группы – EPLD и FPGA.

EPLD – многократно программируемые для сохранения конфигурации используется ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием).

FPGA – многократно реконфигурируемые для сохранения конфигурации используется статическое ОЗУ).

Фирмы-производители поставляют также полное инструментальное обеспечение для разработки и применения устройств на базе EPLD и FPGA с помощью персональных компьютеров.

3.2.2. УУ с хранимой в памяти логикой

Идея создания микропрограммного УУ возникла давно, в 1951г., но реализовать ее в полном объеме удалось сравнительно недавно – с появлением компактных устройств памяти на БИС. Обобщенная структурная схема микропрограммного УУ изображена на рис. 3.8.

Вобщем случае МК может задавать одну или несколько МО. Микропрограмма хранится в ПМК. Адрес МК формируется контроллером КПМК и запоминается в регистре адреса МК (РгАМК). МК считывается из памяти в регистр микрокоманды (РгМК). МК, в общем случае, имеет три поля – АСМК, КМО, КПР.

Впоследнее заносят признак разветвления в микропрограмме, который необходимо анализировать в КПМК. Адрес первой МК определяет КОП, т.е. происходит вызов соответствующей микроподпрограммы. АСМК может указываться в МК явным образом или формироваться естественным путем (при последовательной выборке МК). После выдачи СУ на ОУ происходит выполнение МК, после чего цикл (выборкареализация) повторяется.

80

Помимо увеличения времени на МО к недостаткам следует отнести невозможность параллельного выполнения МО.

3.Смешанное кодирование (рис. 3.11, в). Это кодирование устраняет основные недостатки, присущие горизонтальному и вертикальному кодированиям.

При таком кодировании в отдельных полях кода МО объединяют взаимоисключающие наборы для обеспечения параллельного выполнения МО с разных полей. Данный способ кодирования находит широкое применение в микропрограммных УУ.

Способы 1, 2, 3 – это прямые способы кодирования. Здесь каждое поле КМО формирует определенный набор управляющих сигналов, интерпретируемых всегда одинаковым образом.

4.Косвенное кодирование (рис. 3.11, г). Этот способ кодирования позволяет еще больше уменьшить разрядность МК. Здесь одно и то же поле можно использовать для формирования СУ для различных блоков, при этом его функции определяются другим полем.

На рис. 3.11 КМО1 кодирует одну из четырех групп МО, поле КМО2 определяет реализуемую в данной группе операцию.

Пример

00 – микрооперации в АЛУ; КМО1 01 – МО в памяти и регистрах контроллеров периферийных устройств;

10 – МО безусловного и условного переходов;

11 – константы для загрузки регистров и счетчиков.

КМО2 позволяет выполнить 64 МО в любой из указанных групп оборудования. Недостатком такого способа кодирования является увеличение объема обору-

дования и, следовательно, дополнительных задержек при исполнении МО. Рассмотренные способы кодирования являются одноуровневыми. На практике

используют и многоуровневое кодирование (микрокоманды, нанокоманды и т. д.).

3.2.2.4.Синхронизация МК

Сэтой точки зрения МК делятся на однофазные и многофазные. При этом в МК может быть включен дополнительный разряд, определяющий тип синхронизации.

Достоинством однофазных МК (рис. 3.12, а) является простота технической реализации.

Многофазные МК (рис. 3.12, б) позволяют минимизировать число МК в памяти, упрощают выполнение сложных МК и связь между приемником и источником информации. Недостатком является увеличение объема оборудования для формирования многофазных синхросигналов.

&

&

МО1 МОn

МО1 МОn

МО – микрооперация; КМО – код МО

Рис. 3.12. Синхронизация МК: а – однофазная; б – многофазная

Время

84

выполнения некоторых МО бывает существенно меньше рабочего такта процессора (время выполнения одной МК), что позволяет при горизонтальном кодировании в одном такте выполнять не только совместимые, но и ряд несовместимых МО. Для этого рабочий такт процессора делят на подтакты (фазы), в каждом из которых выполняется одно или несколько элементарных действий (МО) по реализации МК.

Вопросы для самопроверки

1.Опишите обобщенную структуру процессора.

2.Как принцип академика Глушкова реализуется в структуре процессора?

3.Почему устройства обработки цифровой информации имеют многоуровневую структуру?

4.Какие операции выполняются в АЛУ? Как в зависимости от реализации этих операций подразделяются АЛУ?

5.Чем отличаются АЛУ блочного типа от многофункциональных АЛУ?

6.Опишите структуру АЛУ простейшего микропроцессора.

7.Опишите общие принципы построения УУ.

8.Укажите основные отличия УУ на жесткой логике от УУ с хранимой в памяти логикой.

9.Перечислите преимущества УУ с жесткой логикой.

10.В чем заключается главный недостаток УУ на жесткой логике?

11.Какое решение было найдено для устранения главного недостатка УУ на жесткой логике?

12.Для чего нужна ПЛМ?

13.Что такое ПЛИС?

14.Опишите структуру УУ с хранимой в памяти логикой.

15.Перечислите варианты взаимного расположения циклов выборкареализация МК.

16.Охарактеризуйте основные способы формирования адреса следующей МК.

17.Какие форматы микрокоманд бывают?

18.Опишите алгоритмы формирования адреса следующей МК.

19.Назовите способы кодирования МК. Приведите для каждого способа схему кодирования МК.

20.Опишите достоинства и недостатки каждого способа кодирования микрокоманды.

21.Как подразделяются МК с точки зрения синхронизации?

Контрольные задания к главе 3

1.На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.

2.Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетной книжке. В табл.3.1 аn-1 – это предпоследняя цифра номера, аn – последняя цифра. В клетках таблицы стоят номера вопросов, на которые необходимо дать письменный ответ.

85

Таблица 3.1

86