Процессорный модуль
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
схемы, используемые для выполнения преобразований и формирования логических условий.
В общем виде структура ОА представлена на рисунке 2.1, где Ф - комбинационные схемы, выполняющие преобразование, S - память, ? - комбинационные схемы, формирующие осведомительные сигналы.
Рисунок 2.1 - Общая структура ОА
процессорный модуль обработка информация
2.2 Структурная организация М-автоматов
Согласно заданию, ОА для проектируемого процессорного модуля должен быть типа М. М-автоматом называется такой ОА, который синтезируется на основе принципа обобщения комбинационных схем, используемых для выполнения всех микроопераций. М-автомат имеет наименьшие аппаратные затраты, однако недостатком М-автомата является то, что он не может выполнять больше одной микрооперации преобразования за один такт работы. Следовательно, производительность М-автомата невысока.
Принцип обобщения комбинационных схем обуславливает структуру автомата, представленную на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Обобщенная структура ОА типа М
В такой структуре микрооперации, связанной с преобразованием yp: Sk:
?m (Si, Sj), ставится в соответствие следующий набор операторов:
ai: A1:=Si;i: A2:=Sj;
?m: z:= ?m (A1, A2);k: Sk: =z;p= {ai, bi, ?m, dk}.
2.3 Проектирование М-автомата
Разработка структуры М-автомата подразумевает выполнение следующих этапов:
. Для автомата выберем регистры, которые будут хранить результаты микроопераций:(7:0), B (7: 0), C (15: 0), CnT (3:0), COP.
. Распределим регистры по двум шинам А1 и А2:
Arg1 = {C}, Arg1 (15: 0);= {A, B}, Arg2 (7: 0).
3. Определим микрооперации, выполняемые М-автоматом:
Таблица 2.1 - Операции для М-автомата
YМикрооперацияArg1Arg2ZРезультатy1A (7:0):=D1--A:=D1y2B (7:0):=D2--B:=D2y3C (15:0):=0--C:=0y4CnT (3:0):=8--CnT:=8y5COP:=D3--COP:=D3y6C (15:0):=C (15:0)+A (7:0)CAZ=Arg1 (15:0)+Arg2 (7:0)C:=Zy7B (7:0):=R1 (C(0).B (7:1))CBZ=R1 (Arg1 (0).Arg2 (7:1))B:=Zy8C (7:0):=R1 (CF.C (7:1))C-Z=R1 (CF. Arg1 (7:1))C:=Zy9CnT:=CnT-1--CnT:=CnT-1y10R (15:0):=C (7:0).B (7:0)--R:=Cy11C (15:0):=L1 (C(14:0).0)C-Z=L1 (Arg1 (14:0).0)C:=Zy12B (7:0):=L1 (B(6:0).0)-BZ=L1 (Arg2 (6:0).0)B:=Zy13R (15:0):=C (15:0)--R:=C
. Выделим классы эквивалентных микроопераций и найдем для них обобщенные микрооператоры:
. Построим схему М-автомата уровня регистровых передач:
Рисунок 2.3 - Схема М-автомата уровня регистровых передач
3. Проектирование управляющего автомата
.1 Общие вопросы функционирования устройств управления с жёсткой логикой
Под УУ понимается совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающих координированные работы всех устройств ЭВМ и управление ими для всех принятых режимов.
УУ, реализуя программы, организовывают все необходимые действия по приёму, оценке и преобразованию исходной информации с целью получения и выдачи необходимых результатов. Т. о. УУ может iитаться преобразованием первично-командной информации, представленной командами системы, во вторично-командную информацию, представленную формируемыми УУ, исполнительными адресами, кодами и управляющего сигнала, воздействие которых на соответствующие узлы и блоки приводит к выполнению заданных операций.
Последовательность выполнения программы:
- выбор команды из ОП
- декодирование операций
- определение исполнительных адресов операндов
- выборка операндов в кэш
- выполнение операций
- загрузка результатов в память
Рисунок 3.1 - Общая структура УУ
БУК осуществляет хранение iитанной из памяти команды и формирует адреса следующей команды. iитывание из памяти очередной команды, преобразование адресной и операционной частей команды осуществляет БУО.
Для выработки синхронизирующих сигналов и согласования работы БУК и БУО используется БМУ.
При использовании жёсткой логики УА строятся из разрозненных комбинационных схем и элементов памяти. Закон функционирования УА определяется порядком соединения элементов между собой.
Основными элементами, с помощью которых могут быть построены УА, являются:
1Элементы задержки (D-триггер)
Распределители сигналов (сдвигающие регистры)
Как цифровой автомат
3.2 Уточненная граф-схема алгоритма
Для проектирования управляющего автомата необходимо использовать уточненную ГСА, которая учитывает тип операционного автомата.
Преобразование объединенной ГСА в уточненную включает следующие действия:
. замена микроопераций их условными обозначениями yi;
. разделение операционных вершин с n микрооперациями преобразования на n операционных вершин, т. к. ОА типа М не может выполнять больше одной микрооперации преобразования за один такт работы;
. разметка состояний управляющего автомата по правилам:
Состояние после начала и перед концом должно иметь метку
Состояние после каждой операторной вершины должно иметь метку
Рисунок 3.2 - Уточненная (размеченная) ГСА
3.3 Проектирование управляющего автомата с жёсткой логикой
Разработка структуры УА подразумевает выполнение следующих этапов:
- По размеченной ГСА строится граф переходов алгоритма:
Рисунок 3.3 - Граф переходов управляющего автомата
- Далее необходимо синтезировать функции переходов и выходов с помощью структурной таблицы переходов. Перед этим необходимо закодировать состояния, в зависимости от количества входов в каждое состояние:
Таблица 3.1 - Кодирование состояний
СостояниеКоличество входовКодировкаa020001a111000