4.4.2 Аппаратные уу

Управляющие устройства с жесткой логикой представляют собой логические схемы, вырабатывающие распределенные во времени управляющие сигналы. В отличие от управляющих устройств с хранимой в памяти логикой в аппаратных УУ нельзя изменить логику работы без изменения их схемы. Типичная структурная схема управляющего автомата с жесткой логикой показана на рисунке 4.9. Данный УА можно рассматривать в качестве автомата с конечным числом состояний (конечный автомат), который на каждом такте переходит из одного

Рисунок 4.9 - Схема блока формирования сигналов управления

состояния в другое, определяемое содержи­мым регистра команды, кодами условий и внешними сигналами. Выходами такого автомата являются управляющие сигналы. Формируемая им последовательность операций задается физическими связями между логическими элементами.

В состав схемы входят регистр кода операции, являющейся частью регистра команд процессора, счетчик тактов, дешифратор тактов и дешифратор кода операции (Дешифратор КОП), а также логические схемы формирования управляющих сигналов. На счетчик тактов поступают сигналы от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Состояние счетчика представляют собой номера тактов, изменяющие от 1 до m. Дешифратор тактов формирует на i-м выходе единичный сигнал при i-м состоянии счетчика тактов, т.е. во время i-го такта.

Принцип построения логических схем формирования управляющих сигналов поясняется на рисунке 4.10. На нем изображен фрагмент схемы, обеспечивающий выработку управляющих сигналов y1_, y2 и y3 выполнения команды сложения на тактах T₁,T₂, T₆.

В общем случае значения управляющих сигналов зависят еще от оповещающих сигналов U={u₁, u₂… u_n}, отражающих ход вычислительного процесса. Для реализации этих зависимостей логические элементы, представленные на рисунке 4.10, берутся многовходовыми и на них подаются требуемые сигналы логических условий.

Рисунок 4.10 - Фрагмент логической схемы формирования управляющих сигналов

Сигналы y0 и yk (см. рисунок 4.9) обычно используются для определения моментов начала и окончания выполнения команд. С этой целью они используются для управления работой счетчика тактов. Управ­ляющий сигнал y0 (Пуск) указывает на начало выполнения команды. Когда он установлен в 1, в конце каждого такто­вого цикла значение счетчика увеличивается на 1. Если же его значение становится рав­ным 0, отсчет шагов прекращается. Сигнал yk (Останов) сбрасывает счетчик тактов в начальное состояние, обеспечивая начало нового цикла выборки команды.

Серьезным недостатком рассмотренных схем является одинаковое число тактов, необходимых для выполнения всех команд, значение которого выбирается по наиболее длинной команде. Это приводит к непроизводительным затратам времени и, как следствие, к уменьшению быстродействия процессора. Для устранения этого недостатка применяют УУ с переменным числом тактов, в котором используют счетчик тактов с изменяемым модулем счета. Для коротких команд используют счетчик с небольшим модулем счета и наоборот.

При реализации простой системы команд узлы устройства управления с жесткой логикой экономичны и позволяют обеспечить наибольшее быстродействие среди всех возможных методов построения УУ. Однако с возрастанием сложности системы команд усложнялись и схемы автоматов с жесткой логикой, при этом их быстродействие уменьшалось.