6.1.3 Разработка структурной схемы уу

Структурная схема УУ микропрограммного автомата представлена на рис.5. МПА состоит из запоминающего устройства, регистра микрокоманды, дешифраторов микроопераций, дешифратора логических условий, схемы выделения значения осведомительного сигнала, схемы формирования адреса следующей микрокоманды и схемы управления ПЗУ.

Рисунок 5. Структурная схема УУ

По сигналу ПУСК микрокоманда выбирается из ПЗУ и поступает на регистр микрокоманды. Управляющие сигналы, коды которых содержатся в полях операционной части микрокоманды, дешифрируются соответственно дешифраторами . Рекомендуется указать список микроопераций, дешифрируемых каждым дешифратором. Все управляющие сигналы, за исключением сигнала F (y0 - СТОП), поступают в операционный автомат, инициируя определенные микрооперации.

Содержимое поля дешифрируется дешифратором и определяет значение условия, используемого для выработки адреса следующей микрокоманды. Значения осведомительных сигналов поступают из операционного блока по шине {x}. Схема формирования адреса следующей микрокоманды определяется способом адресации и подлежит разработке.

Схема управления ПЗУ выполняет следующие функции:

• запуск автомата по сигналу ПУСК;

• приостановку чтения из ПЗУ на период обращения к основной памяти;

• прекращение работы автомата при появлении в микрокоманде сигнала СТОП.

По этому сигналу необходимо обеспечить подготовку начального состояния адреса ПЗУ.

6.1.4 Расчет быстродействия уу

Такт работы МПА разделяется на последовательность микротактов:

• чтение микрокоманды из ПЗУ;

• дешифрирование полей Y и X и формирование управляющих сигналов микроопераций;

• выполнение микроопераций и вычисление логических условий;

• формирование адреса следующей микрокоманды.

Длительность такта равна сумме длительности микротактов и определяется в первую очередь длительностью цикла обращения к ПЗУ и максимальной длительностью микрооперации.

Автомат с программируемой логикой функционирует как автомат Мура, поэтому такт будет определяться промежутком времени от момента поступления осведомительных сигналов, формируемых в операционном автомате, до момента поступления выходных управляющих сигналов, т.е. как сумма

где

- время выделения значения осведомительного сигнала, указанного в микрокоманде;

• - время формирования адреса следующей микрокоманды;

• - время выборки из ПЗУ;

• - время переключения регистра микрокоманды;

• - время дешифрирования полей микрокоманды;

6.2 Проектирование блока сопроцессора для алгебраического суммирования чисел с фиксированной запятой

Методика проектирования блока алгебраического суммирования состоит из следующих этапов:

• анализа методики, соответствующей заданному варианту блока;

• составления алгоритма алгебраического сложения;

• построения графа алгоритма и примера сложения;

• составления перечня микроопераций, выполняемого операционным устройством;

• построения управляющего автомата с программируемой логикой;

• составления временных диаграмм выполняемых микроопераций;

• определение состава и структуры операционного устройства;

• синтеза схем блока алгебраического суммирования;

• оценки быстродействия выполнения операций сложения-вычитания.

При анализе методики должны быть учтены основные особенности, связанные со спецификой представления чисел в блоке. Например, при использовании немодифицированных кодов должен быть определен способ обнаружения переполнения разрядной сетки; при использовании обратных кодов сумматор операционного устройства необходимо оборудовать схемой циклического переноса, а регистры - вентилями обращения кода, и т.п. На этапе анализа принимается решение об учете указанных особенностей либо непосредственно в графе микропрограммы, либо в специальном оборудовании операционного устройства.

На основе анализа метода сложения строится граф алгоритма (граф микропрограммы) в соответствии с п.6.1.1. Причем следует учесть, что входная (начальные числа) и выходная (результат сложения) информация представляется в проекте в прямых кодах и выводится на разъемы операционной части блока, а процесс сложения выполняется в кодах, соответствующих заданию. С целью исключения методических ошибок при построении графа микропрограммы рассмотрим основные правила и алгоритмы выполнения операции сложения-вычитания в ЭВМ.

Операция сложения-вычитания в современных арифметических устройствах рассматривается как операция алгебраического суммирования [3]. Несмотря на предельную простоту правил сложения и вычитания двоичных кодов, существует определенная специфика аппаратной реализации этой операции.

Методика выполнения алгебраического сложения должна удовлетворять следующим условиям:

• обработка знаковых и цифровых разрядов суммируемых чисел должна производится по одинаковым правилам с получением правильного знака суммы;

• должна быть исключена операция прямого вычитания, при этом алгебраическое суммирование чисел разных знаков производится в обратных и дополнительных кодах;

• должно фиксироваться переполнение разрядной сетки.

При изображении знаков чисел двоичными цифрами: “+” через “0”, “-“ - через “1”, все положительные числа имеют вид 0,....., а отрицательные - 1,..... . При этом знаковая цифра (код знака) помещается слева от запятой на место разряда с весом 2⁰ . Если знак и цифровую часть числа рассматривать как единое целое, то изображение положительных чисел не изменяется и определяется интервалом 0<Х<1, а все отрицательные числа изображаются числами, расположенными в интервале 12.