Слайд 1Тема 3. МИКРОПРОГРАММНЫЕ АВТОМАТЫ.
Лекция 13.
Синтез МПУУ на «жёсткой» логике
1.Автомат Уилкса.
Микропрограммное устройство управления-МПУУ
2.ЛСА,МСА и ГСА.
3. Синтез МПУУ на «жёсткой» логике
Слайд 21.Автомат Уилкса. Микропрограммное устройство управления.
Дальнейшее развитие принципа «разделяй и властвуй»
в дискретной технике привело к созданию микропрограммного автомата – МПА
(1951 г., Кембридж, М.В. Уилкс).
Слайд 3Уилкс, Морис Винсент
Морис Винсент Уилкс (англ. Maurice Vincent Wilkes,
26 июня 1913 года, Дадли, Великобритания) — британский учёный в
области компьютерных наук.
Профессор Уилкс более всего известен как проектировщик EDSAC - первого компьютера, допускающего внутреннее хранение программ. Построенный в 1949, EDSAC использовал память на линиях задержки. Он также известен, в соавторстве с Виллером и Гиллом как автор книги «Preparation of Programs for Electronic Digital Computers», 1951 года, в которой вводится важнейшее понятие библиотеки программ
Слайд 4Морис Уилкс
Я точно помню тот самый момент, когда я понял,
что большая часть моей жизни теперь будет состоять в поиске
ошибок в моих собственных программах.
Морис Уилкс, 1949 год
Слайд 5Принцип микропрограммного управления
Пусть кто-то управляет, а кто-то – исполняет. Исполняет
– операционное устройство (ОУ), где все эти АЛУ, регистры, счетчики
и т.д., а управляет, реализует последовательность микрокоманд, состоящих из микроопераций, т.е. алгоритм, микропрограмму – микропрограммное устройство управления (МПУУ).
Слайд 6Принцип микропрограммного управления
МПА и МПУУ
Слайд 7Микропрограммирование
Микрооперации – МО – элементарные действия обработки информации.
Микрокоманды –МК –
набор МО, выполняемых в одном такте.
Микропрограмма – последовательность МК.
Далее –
Команды и Программы и т.д.
Слайд 8Микропрограмма
Микропрограмма (англ. firmware, «прошивка») — программное обеспечение, встроенное («зашитое») в
аппаратное устройство. Часто представляется в виде микросхем флеш-ПЗУ или в
виде файлов образов микропрограммы, которые могут быть загружены в аппаратное обеспечение.
Слайд 9Микропрограмма
Программа по тактам, управляющая ресурсами вычислительного устройства (ALU, сдвигатели, мультиплексоры
и др.). Обычно, в командном слове, выделяются отдельные биты для
управления необходимым устройством.
Программа конфигурирования различных ПЛИС (FPGA, CPLD, PAL и т. п.).
Слайд 10Программный автомат
Потом было создано программное устройство управления, реализующее программу, потом
– операционные системы и т.д. и т.п.
Слайд 112. ЛСА, МСА и ГСА
ЛСА, МСА и ГСА
Предписание
о последовательности действий алгоритма может быть представлено так называемой схемой:
логической схемой алгоритма, матричной схемой алгоритма, граф-схемой алгоритма.
Логическая схема алгоритма (ЛСА) впервые была предложена советским математиком Ляпуновым А.А. (1911-1973 гг.) в бытность его профессором кафедры математики военной артиллерийской (в те годы) академии им. Ф.Э. Дзержинского.
ЛСА – это выражение, состоящее из символов операторов, логических условий, следующих в определенном порядке, а также нумерованных стрелок, расставленных особым образом.
Слайд 13МСА
Матричная схема алгоритма (МСА) – это квадратная матрица, элементы которой
указывают условия передачи управления от i-го оператора строки к j-ому
оператору столбца.
Строки матрицы нумеруются от первого оператора до предпоследнего, столбцы – от второго до последнего.
Слайд 15ЛСА
Граф-схема алгоритма (ГСА) – это ориентированный граф особого вида. Он
содержит вершины четырех типов: 1) операторные, обозначаемые прямоугольниками; 2) условные,
обозначаемые ромбами; 3) начальную и 4) конечную вершины, обозначаемые овалами. Вершины соединяются дугами.
Слайд 17Схемы алгоритмов
Граф-схемы алгоритмов называют просто схемами и выполняют по ГОСТ
19.701-90 «Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и
правила выполнения».
Слайд 18Схемы алгоритмов
Начальная и конечная вершины
Символ отображает выход во внешнюю среду
и вход из внешней среды.
Используется для обозначения начала или окончания
алгоритма.
Слайд 19Схемы алгоритмов
Линия
Символ отображает поток данных или управления. Направления справа налево
и снизу вверх обозначаются стрелками.
Используется для соединения символов в алгоритме.
Слайд 20Схемы алгоритмов
Процесс
Символ отображает функцию обработки данных любого вида (выполнение определенной
операции или группы операций, приводящее к изменению значения, формы или
размещения информации).
Используется для обозначения операций присваивания.
Слайд 21Схемы алгоритмов
Решение
Символ отображает решение или функцию переключательного типа, имеющую
один вход и ряд альтернативных выходов, один и только один
из которых может быть активизирован после вычисления условий, определенных внутри этого символа. Соответствующие результаты вычисления могут быть записаны по соседству с линиями, отображающими эти пути.
Используется для обозначения оператора условного перехода или оператора варианта.
Слайд 22Схемы алгоритмов
Соединитель
Символ отображает выход в часть схемы и вход
из другой части этой схемы и используется для обрыва линии
и продолжения ее в другом месте. Соответствующие символы-соединители должны содержать одно и то же уникальное обозначение.
Слайд 23Схемы алгоритмов
Комментарий
Символ используется для добавления описательных комментариев или пояснительных записей
с целью объяснений или примечаний. Пунктирные линии в символе комментария
связаны с соответствующим символом или могут обводить группу символов. Текст комментариев или примечаний должен быть помещен около ограничивающей фигуры.
Слайд 24Схемы алгоритмов
Символы могут быть вычерчены в любой ориентации, но предпочтительной
является горизонтальная ориентация.
Внутрь символа помещают обозначения или описания операций.
Символы могут быть отмечены идентификаторами или порядковыми номерами.
Идентификатор представляет собой букву или букву с цифрой и должен располагаться слева над символом.
.
Слайд 25Схемы алгоритмов
Направления линий связи слева направо и сверху вниз считаются
стандартными, и линии связи изображаются без стрелок, в противоположном случае
– со стрелками.
Линии могут соединяться одна с другой, но не могут разветвляться.
Слайд 26Схемы алгоритмов
Схема
Алгоритм может быть реализован и схемой элементов (устройств),
которые выполняются по ГОСТ 2.701-84 «Схемы. Виды и типы. Общие
требования к выполнению».
Слайд 273.Синтез МПУУ на «жёсткой» логике
МПУУ
Слайд 28СФ
Пусть дана следующая словесная формулировка алгоритма:
После начала режима подать питание,
затем осуществить протяжку транспортера на 1 шаг. В случае получения
сигнала «Есть продукт» – вновь осуществить протяжку на 1 шаг. Иначе – выдать сообщение «Конец продукта». Если вес продукта в норме – выдать сообщение «Работа завершена». Иначе – «Ошибка». После этого закончить работу.
Получим графическую схему алгоритма микропрограммного устройства управления – ГСА МПУУ
Слайд 30Построение графа управляющего автомата
Слайд 31Построим обобщенную таблицу переходов-выходов.
Используем d-триггеры – со входами d2, d1.
Обобщенная
таблица переходов-выходов
Слайд 32Минимизация полученных логических функций
y2(t+1)=d2(t)=y1
РОК
Слайд 33Минимизация у1
Импликанта (0 - - -) покрывает два рабочих набора
импликанта
(- 1- 1) – последний рабочий набор
Слайд 34Минимизируем функции выходов.
Очевидно, что минимизация функций z1, z3, z4, z5
практически невозможна вследствие единственных их рабочих наборов. Попробуем минимизировать z2:
Слайд 35Выполним моделирование схемы в Electronics Workbench с учётом наличия только
двухвходовых элементов
Слайд 36Проверка функционирования МПУУ
Итоговую проверку осуществляем по ГСА следующим образом:
-
устанавливаем х1=1, в этом случае последовательность выходов z1,z2,z2,...
- устанавливаем х1=0,
х2=1, в этом случае последовательность выходов z1,z2,z3,z5, z1,z2,z3,z5,…
- устанавливаем х1=0, х2=0, в этом случае последовательность выходов z1,z2,z3,z4, z1,z2,z3,z4,…
Таким образом, все три варианта выдачи последовательностей реализуются.