Разделы презентаций


МПА!

Содержание

Микропрограммные автоматыПрограммная и аппаратная реализация алгоритмов и автоматов.МПА M.V. WilkesМикрокоманды, микрооперации, микроинструкции.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1


Слайд 2Микропрограммные автоматы
Программная и аппаратная реализация алгоритмов и автоматов.
МПА M.V. Wilkes
Микрокоманды,

микрооперации, микроинструкции.

Микропрограммные автоматыПрограммная и аппаратная реализация алгоритмов и автоматов.МПА M.V. WilkesМикрокоманды, микрооперации, микроинструкции.

Слайд 3Микропрограммные автоматы
Цель автомата - получение последовательности значений выходной переменной по

последовательности значений входной переменной.
На практике конечные автоматы могут быть

реализованы как аппаратным, так и программным способом. Прежде чем реализовать автомат схемно, его можно реализовать на машине в виде программы (программную реализацию можно выполнить на любом языке высокого уровня разными способами). И наоборот, имея автомат, мы можем поставить в соответствие ему программу.
Преимуществом аппаратной реализации по сравнению с программной является высокое быстродействие. Доводом в пользу программной реализации может служить то, что при таком подходе требуется осуществить только перепрограммирование устройства или замену кода, не затрагивая конкретную элементную базу.
Следующий график иллюстрирует соотношение между перечисленными выше вариантами реализации конечных автоматов (диаграмма функциональной сложности):

Микропрограммные автоматы	Цель автомата - получение последовательности значений выходной переменной по последовательности значений входной переменной. 	На практике конечные

Слайд 4Микропрограммные автоматы Программная и аппаратная реализация КА
Ck
Fk
C0

Микропрограммные автоматы Программная и аппаратная реализация КАCkFkC0

Слайд 5Микропрограммные автоматы Автомат для реализации микропрограммы

Микропрограммные автоматы Автомат для реализации микропрограммы

Слайд 6Микропрограммные автоматы Регистры МП автомата.
Обозначим: R1 – регистр, в котором располагается

делитель; ACС – накапливающий регистр, в котором располагается делимое; R2

– в данном регистре производится поразрядное образование частного; Cr – регистр адреса команды (счетчик команд).
Микропрограммные автоматы Регистры МП автомата.Обозначим: R1 – регистр, в котором располагается делитель; ACС – накапливающий регистр, в

Слайд 7Микропрограммные автоматы
Входами системы являются:
1) вход, соответствующий операции, которая должна выполняться

с помощью микропрограммы и которая служит для определения начального состояния,

т.е. первой считываемой ячейки оперативной памяти;
2) переменные p и q, которые являются критериями переходов в микропрограмме.
Переменные определяют работу счётчика (Ct) и аккумулятора (АС) следующим образом:
Сt: р=1, Ct=0
p=0, Ct=1
AC: q=1, AC<0
q=0, AC≥0
Вместо того, чтобы рассматривать ячейки памяти, содержащие строки микроалгоритма, можно непосредственно рассматривать сами строки.
Тогда алгоритм можно рассматривать, как автомат, состояниями которого являются строки алгоритма.
Микропрограммные автоматыВходами системы являются:	1) вход, соответствующий операции, которая должна выполняться с помощью микропрограммы и которая служит для

Слайд 8Микропрограммные автоматы
В качестве примера рассмотрим, как реализуется алгоритм деления при

помощи сложения или вычитания и сдвигов от начального положения.

Алгоритм деления:

1:

сдвигаем  АС у1
2: AC + R1 - дополнительный код y2
3: если p = 1, то  (выход)
4: если p = 0, то  (след. шаг)
5: если q = 1, то  (10)
6: R2=1 y3
7:  R2, Cr = Cr-1 y4
8 :  АС y1
9:AC + R1  (3) y2
10: АС y1
11: R2, Cr = Cr-1 y4
12: AC + R1  (3) y2 13: (выход)
Микропрограммные автоматыВ качестве примера рассмотрим, как реализуется алгоритм деления при помощи сложения или вычитания и сдвигов от

Слайд 9Микропрограммные автоматы
Функции переходов-выходов автомата типа Мура:

Микропрограммные автоматыФункции переходов-выходов автомата типа Мура:

Слайд 10Микропрограммные автоматы
Функции переходов-выходов автомата типа Мура:

К данному автомату можно применить

формальные методы минимизации автоматов на основании условий эквивалентности Колдуэла.
Далее,

микропрограмма содержит эквивалентные строки 1-7, 2-8 и переходы, которые не сопровождаются никакими выходными сигналами (сигналами, поступающими на исполнительные устройства). Такое поведение микропрограмм допускает минимизацию.
Тем самым, методами теории конечных автоматов мы преобразовали алгоритм для программной реализации:
Микропрограммные автоматыФункции переходов-выходов автомата типа Мура:К данному автомату можно применить формальные методы минимизации автоматов на основании условий

Слайд 11Микропрограммные автоматы
Граф автомата Мура исходный.
Задача получить минимальный граф из

исходного - вида:

Минимизированный граф

Микропрограммные автоматыГраф автомата Мура исходный. Задача получить минимальный граф из исходного - вида:Минимизированный граф

Слайд 12Микропрограммные автоматы
Граф автомата Мура исходный и сокращенный:

Микропрограммные автоматыГраф автомата Мура исходный и сокращенный:

Слайд 13Микропрограммные автоматы
Граф автомата минимизированный:

Микропрограммные автоматыГраф автомата минимизированный:

Слайд 14Микропрограммные автоматы Морис Винсент Уилкс (Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010)
В 1951 году

М.В. Уилксом было предложено проектировать управляющие автоматы с помощью микроинструкций,

которые хранятся в памяти процессора.
(Wilkes, M. V., Stringer, J. B. `Microprogramming and the Design of the Control Circuits of an Electronic Digital Computer.' Proc. Camb. Phil. Soc. vol 49 page 230 (1953)).


Морис Винсент Уилкс
Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010
Учился с 1931 по 1934 год в Кембриджском (Англия) университете, в 1936 получил титул доктора философии, написав диссертацию о распространении радиоволн в ионосфере. После этого работал и преподавал в родном университете. В 1945 году стал руководителем компьютерной лаборатории, и оставался на этом посту до 1980 года.

Микропрограммные автоматы Морис Винсент Уилкс (Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010)	В 1951 году М.В. Уилксом было предложено проектировать управляющие

Слайд 15Микропрограммные автоматы Морис Винсент Уилкс (Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010)

«Я точно помню

тот самый момент, когда я понял, что большая часть моей

жизни теперь будет состоять в поиске ошибок в моих собственных программах.»

Награды

• 1956 — почётное членство в Лондонском королевском обществе
• 1967 — Премия Тьюринга за разработку EDSAC и введение понятия программных библиотек
• 1968 — Harry H. Goode Memorial Award за вклад в развитие компьютерной техники
• 1976 — почётное членство в Королевской инженерной академии[3]
• 1980 — Eckert-Mauchly award
• 1997 — Медаль Джона фон Неймана за вклад в развитие компьютерной техники [4]

Микропрограммные автоматы Морис Винсент Уилкс (Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010)	«Я точно помню тот самый момент, когда я понял,

Слайд 16Микропрограммные автоматы Морис Винсент Уилкс (Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010)
Заслуги
В 1951

году М.В. Уилксом было предложено проектировать управляющие автоматы с помощью

микроинструкций, которые хранятся в памяти процессора. Такой способ облегчает проектирование автомата и позволяет легко его изменить.
Разработка EDSAC - главный конструктор первого компьютера с ПЗУ, которое хранило программный код, а также изобретение микрокода, микропрограмм и использование программных библиотек.
Он же основал в 1957 году Британское компьютерное общество (англ.) и был его первым президентом.
Морис Уилкс ввел систему мнемонических обозначений для машинных команд, названную языком  ассемблера.
Микропрограммные автоматы Морис Винсент Уилкс (Maurice Vincent Wilkes, 26.06.1913-29.11.2010)Заслуги В 1951 году М.В. Уилксом было предложено проектировать

Слайд 17Микропрограммные автоматы EDSAC I (EDSAC I, W.Renwick, M.Wilkes)
В мае 1949 года

в Англии заработал EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator, электронный

автоматический вычислитель с памятью на линиях задержки) — первый действующий компьютер с хранимой программой - конструктор М.В. Уилкс и сотрудники математической лаборатории Кембриджского университета (Великобритания).
ЭВМ EDSAC содержала 3000 электронных ламп и была в 6 раз производительнее своих предшественниц.
Микропрограммные автоматы EDSAC I (EDSAC I, W.Renwick, M.Wilkes)В мае 1949 года в Англии заработал EDSAC (Electronic Delay

Слайд 18Микропрограммные автоматы (Microprogramming automat Wilkes)
Модель микропрограммного управления по Уилксу М. В.

[Wilkes М. V., Stringer J. В., Microprogramming and the Design

of the Control Circuits in the Electronic Digital Computer, Proc. of the Cambridge Philosophical Society, 49, part 2, pp. 230—238 (1953).]
Микропрограммные автоматы (Microprogramming automat Wilkes)Модель микропрограммного управления по Уилксу М. В. [Wilkes М. V., Stringer J. В.,

Слайд 19Микропрограммные автоматы EDSAC II 1959
EDSAC II, 7th October 1959.

Микропрограммные автоматы EDSAC II 1959 EDSAC II, 7th October 1959.

Слайд 20Микропрограммные автоматы EDSAC II 1960
EDSAC II, 10th May 1960.

Микропрограммные автоматы EDSAC II 1960 EDSAC II, 10th May 1960.

Слайд 21Микропрограммные автоматы EDSAC II Эксплуатация и ремонт

Микропрограммные автоматы EDSAC II Эксплуатация и ремонт

Слайд 22Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)
EDSAC II, 7th October 1959.

Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)EDSAC II, 7th October 1959.

Слайд 23Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)
Феррит-транзисторная ячейка

Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)Феррит-транзисторная ячейка

Слайд 24Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)

Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)

Слайд 25Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)
Модуль памяти емкость 256 бит
на ФТЯ

Микропрограммные автоматы EDSAC II (Microprogramm Memory)Модуль памяти емкость 256 битна ФТЯ

Слайд 26Микропрограммные автоматы CSIRAC (4 компьютер с микропрограммной памятью из Австралии)
CSIRAC (Council

for Scientific and Industrial Research Automatic Computer, Автоматический компьютер Совета

по научным и промышленным исследованиям) — первая австралийская цифровая ЭВМ и четвертая в мире ЭВМ с хранимой в памяти программой.
Первоначально был известен как CSIR Mk 1.
Первый компьютер, на котором исполнялась цифровая музыка, и единственный уцелевший компьютер первого поколения.
CSIRAC является характерным представителем первого лампового поколения компьютеров. Вычислительная машина включала в себя приблизительно 2000 электронных ламп. В качестве основного хранилища данных использовались ртутные линии задержки.
Ввод данных осуществлялся с помощью перфоленты. Машина управлялась через консоль (пульт), которая позволяла пошагово исполнять программы на специальном ЭЛТ-мониторе, на котором отображалось состояние регистров.
Вывод данных осуществлялся на стандартный телетайп или перфоленту.
Микропрограммные автоматы CSIRAC (4 компьютер с микропрограммной памятью из Австралии)CSIRAC (Council for Scientific and Industrial Research Automatic

Слайд 27Микропрограммные автоматы CSIRAC (CSIRAC в Мельбурнском музее)
Первая австралийская цифровая ЭВМ и

четвертая в мире ЭВМ с хранимой в памяти программой, единственный

уцелевший компьютер первого поколения.
Микропрограммные автоматы CSIRAC (CSIRAC в Мельбурнском музее)Первая австралийская цифровая ЭВМ и четвертая в мире ЭВМ с хранимой

Слайд 28Микропрограммные автоматы МПА Уилкса

Микропрограммные автоматы МПА Уилкса

Слайд 29Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА Уилкса, часть 1)

Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА Уилкса, часть 1)

Слайд 30Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА Уилкса, часть 2)

Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА Уилкса, часть 2)

Слайд 31Микропрограммные автоматы Обобщенная схема МПА

Микропрограммные автоматы Обобщенная схема МПА

Слайд 32Микропрограммные автоматы (Генератор синхроимпульсов)

Микропрограммные автоматы (Генератор синхроимпульсов)

Слайд 33Микропрограммные автоматы (Алгоритм работы или Диаграмма состояний Автомата)

Микропрограммные автоматы (Алгоритм работы или Диаграмма состояний Автомата)

Слайд 34Микропрограммные автоматы (ФВП для аппаратной реализации Автомата на JK-триггерах)
{
{
{
{

Микропрограммные автоматы (ФВП для аппаратной реализации Автомата на JK-триггерах){{{{

Слайд 35Микропрограммные автоматы (Аппаратная реализация заданного алгоритма )

Микропрограммные автоматы (Аппаратная реализация заданного алгоритма )

Слайд 36Микропрограммные автоматы (Микрокоманда для МПА Уилкса, часть 1)

Микропрограммные автоматы (Микрокоманда для МПА Уилкса, часть 1)

Слайд 37Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА часть 1)
Число шагов МП=36
Число бит в

АЧ МК=6
Емкость управляющей
памяти = 36х(6+3)=324 бит

Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА часть 1)Число шагов МП=36Число бит в АЧ МК=6Емкость управляющейпамяти = 36х(6+3)=324 бит

Слайд 38Микропрограммные автоматы (Микрокоманда для МПА Уилкса, часть 2)

Микропрограммные автоматы (Микрокоманда для МПА Уилкса, часть 2)

Слайд 39Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА часть 2)
Число шагов МП=28
Число бит в

АЧ МК=5
Емкость управляющей
памяти = 28х(5+2х7)=532 бит

Микропрограммные автоматы (Микропрограмма для МПА часть 2)Число шагов МП=28Число бит в АЧ МК=5Емкость управляющейпамяти = 28х(5+2х7)=532 бит

Слайд 40Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЛМ)

Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЛМ)

Слайд 41Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЛМ)

Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЛМ)

Слайд 42Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЗУ)

Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЗУ)

Слайд 43Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЗУ)

Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЗУ)

Слайд 44Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЗУ)

Микропрограммные автоматы (Реализация МПА на ПЗУ)

Слайд 45Микропрограммные автоматы (Отображение команд в микропрограммы)

Микропрограммные автоматы (Отображение команд в микропрограммы)

Слайд 46Микропрограммные автоматы (Отображение команд в микропрограммы)

Микропрограммные автоматы (Отображение команд в микропрограммы)

Слайд 47Микропрограммные автоматы (Управляющие МПА)
Функция управляющего автомата определяется:
множеством

входных осведомительных сигналов Х, отображающих состояние операционного автомата;


множеством выходных (управляющих) сигналов Y, инициирующих выполнение микроопераций, реализуемых операционным автоматом;
закодированной граф-схемой микропрограммы (ГСМ), задающей порядок следования управляющих сигналов Y в зависимости от значений осведомительных сигналов Х.

Функционирование управляющего автомата (УА) сводится к генерированию последовательности управляющих сигналов Y, предписанной микропрограммой, и соответствующей последовательностью осведомительных сигналов Х.

Микропрограммные автоматы (Управляющие МПА)   Функция управляющего автомата определяется: множеством входных осведомительных сигналов  Х,

Слайд 48Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)
Последовательность микрокоманд, выполняющих одну машинную команду или

отдельную процедуру, образует микропрограмму. Обычно микропрограммы хранятся в специальной памяти

микропрограмм ("управляющей памяти").
В управляющих автоматах с хранимой в памяти программой, микропрограммы используются в явной форме, они программируются в кодах микрокоманд и в таком виде заносятся в память. Поэтому такой метод управления цифровым устройством называется микропрограммированием, а использующие этот метод управляющие блоки – микропрограммными управляющими устройствами (автоматами).

Микрокоманда содержит информацию о микрооперациях, которые должны выполняться в данном такте работы устройства, и информацию об адресе следующей микрокоманды.
Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)Последовательность микрокоманд, выполняющих одну машинную команду или отдельную процедуру, образует микропрограмму. Обычно микропрограммы

Слайд 49Микропрограммные автоматы (Микропрограммы, микропрограммирование)
Микропрограмма - любая формализованная форма описания
работы управляющего

и операционного автоматов.
Микрооперация - базисное (элементарное) действие, выпол-
няемое в ОА.
Микроблок

- набор микроопераций, выполняемых в ОА од-
новременно (в одном такте).
Признак (условие) - логическое значение, используемое при
переходе к одному из возможных шагов алгоритма; - результат выполнения микрооперации.
Микрокоманда - набор сигналов, поступающий из УА в ОА
и интерпретируемый как управляющий, т.е. необходимый для выполнения всех микроопераций одного микроблока.
Микроинструкция - слово управляющей памяти. - состоит из двух составных частей: микрокоманды и адресной части.
Микропрограммные автоматы (Микропрограммы, микропрограммирование)Микропрограмма - любая формализованная форма описания работы управляющего и операционного автоматов.Микрооперация - базисное (элементарное)

Слайд 50Микропрограммные автоматы (Структура Микрокоманды МПА)
Способ адресации микрокоманд задаёт правило определения адреса

следующей микрокоманды. Существуют два основных способа определения адреса следующей микрокоманды

– принудительная адресация и естественная адресация.

Микрокоманда содержит четыре поля: СХ – поле управления выбором
опрашиваемого входного осведомительного сигнала хi; А1 – поле адреса сле-дующей микрокоманды, если опрашиваемый осведомительный сигнал хi= 1;
А0 – поле адреса следующей микрокоманды, если опрашиваемый осведоми-тельный сигнал хi= 0; Y – поле операционной части микрокоманды (поле вы-ходных управляющих сигналов).

Микропрограммные автоматы (Структура Микрокоманды МПА)Способ адресации микрокоманд задаёт правило определения адреса следующей микрокоманды. Существуют два основных способа

Слайд 51Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)
Адресная часть микроинструкции содержит информацию,
позволяющую в

следующем такте работы выбрать (указать) новый адрес управляющей памяти. Реализация

именно этого момента является основным предметом дальнейшего рассмотрения и определяет, в основном, структуру, объем аппаратуры и быстродействие УА.
Рассмотрим реализация следующих типов переходов между шагами алгоритма, и между микроинструкциями:
- безусловный переход,
- условный переход,
- функциональный переход,
- переход к микроподпрограмме с возвратом.
Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)Адресная часть микроинструкции содержит информацию, позволяющую в следующем такте работы выбрать (указать) новый

Слайд 52Микропрограммные автоматы (МПУА с принудительной адресацией )

Микропрограммные автоматы (МПУА с принудительной адресацией )

Слайд 53Микропрограммные автоматы (МПА с принудительной адресацией)

Микропрограммные автоматы (МПА с принудительной адресацией)

Слайд 54Микропрограммные автоматы (МПА с естественной адресацией)

Микропрограммные автоматы (МПА с естественной адресацией)

Слайд 55Микропрограммные автоматы (МПА с естественной адресацией)

Микропрограммные автоматы (МПА с естественной адресацией)

Слайд 56Микропрограммные автоматы (МПА с естественной II адресацией)

Микропрограммные автоматы (МПА с естественной II адресацией)

Слайд 57Микропрограммные автоматы (Блок-схема микропрограммы)
Особенности алгоритма:
Оператор перехода (условная

вершина), g1 - ждущий.
Оператор перехода g2 - не двунаправленный

 потребуются эквивалентные преобразования алгоритма
Микропрограммные автоматы (Блок-схема микропрограммы)   Особенности алгоритма: Оператор перехода (условная вершина), g1 - ждущий. Оператор перехода

Слайд 58Микропрограммные автоматы (Эквивалентность алгоритмов. Ограничения.)
Алгоритмы эквивалентны, если они преобразуют информацию одинаковым

образом, не обязательно за одно и тоже число тактов. Наиболее

распространенным приемом эквивалентного преобразования алгоритмов и микропрограмм является включение микроблоков и, соответственно, тактов, в которых не выполняется модификация памяти ОА - "нет операции".

Принятые ограничения, позволяют упростить схему на начальных этапах проектирования (от ограничений легко впоследствии и отказаться):
- на каждом шаге процесса вычислений ветвление может осуществляться только по одной двузначной переменной (условию) - т.е. ветвление возможно лишь на два направления;
- начальные значения всех регистров УА являются нулевыми.

**\ Впредь на схемах не будем показывать цепей установки нулевых начальных значений в регистрах УА.

Микропрограммные автоматы (Эквивалентность алгоритмов. Ограничения.)Алгоритмы эквивалентны, если они преобразуют информацию одинаковым образом, не обязательно за одно и

Слайд 59Микропрограммные автоматы (Схема с адресным ПЗУ - «МПА Уилкса»)
последовательная
«конвейерная»

Микропрограммные автоматы (Схема с адресным ПЗУ - «МПА Уилкса»)последовательная«конвейерная»

Слайд 60Микропрограммные автоматы (Схема с адресным ПЗУ - «МПА Уилкса)

Микропрограммные автоматы (Схема с адресным ПЗУ - «МПА Уилкса)

Слайд 61Микропрограммные автоматы (Схема с явным указанием альтернативных адресов)
последовательная
«конвейерная»

Микропрограммные автоматы (Схема с явным указанием альтернативных адресов)последовательная«конвейерная»

Слайд 62Микропрограммные автоматы (Схема с явным указанием альтернативных адресов)

Микропрограммные автоматы (Схема с явным указанием альтернативных адресов)

Слайд 63Микропрограммные автоматы (Схема с частичной записью адреса )
последовательная
«конвейерная»

Микропрограммные автоматы (Схема с частичной записью адреса )последовательная«конвейерная»

Слайд 64Микропрограммные автоматы (Схема с частичной записью адреса )

Микропрограммные автоматы (Схема с частичной записью адреса )

Слайд 65Микропрограммные автоматы (Схема с сокращенным тактом )
«конвейерная»

Микропрограммные автоматы (Схема с сокращенным тактом )«конвейерная»

Слайд 66Микропрограммные автоматы (Схема с сокращенным тактом )
Мультиплексор MX'2, функционально необходимый, реально

может отсутствовать, если мультиплексирование реализовать с использованием высокоимпедансного (Z) состояния

выхода ПЗУ. Эта функция реализуется в ПЗУ обычно в 3 - 4 раза быстрее, чем выбор содержимого ячейки по адресу.
Микропрограммные автоматы (Схема с сокращенным тактом )Мультиплексор MX'2, функционально необходимый, реально может отсутствовать, если мультиплексирование реализовать с

Слайд 67Микропрограммные автоматы (Схема с регулярной (естественной) адресацией )

Микропрограммные автоматы (Схема с регулярной (естественной) адресацией )

Слайд 68Микропрограммные автоматы (Схема с регулярной (естественной) адресацией )

Микропрограммные автоматы (Схема с регулярной (естественной) адресацией )

Слайд 69Микропрограммные автоматы (Схема с регулярной (естественной) адресацией )

Микропрограммные автоматы (Схема с регулярной (естественной) адресацией )

Слайд 70Микропрограммные автоматы (Схема с естественной адресацией и совмещенным назначением разрядов ячейки

ПЗУ )

Микропрограммные автоматы (Схема с естественной адресацией  и совмещенным назначением разрядов ячейки ПЗУ )

Слайд 71Микропрограммные автоматы (Схема с естественной адресацией и совмещенным назначением разрядов ячейки

ПЗУ )

Микропрограммные автоматы (Схема с естественной адресацией  и совмещенным назначением разрядов ячейки ПЗУ )

Слайд 72Микропрограммные автоматы (Функциональный переход. Переход на микроподпрограмму с возвратом.)

Микропрограммные автоматы (Функциональный переход. Переход на микроподпрограмму с возвратом.)

Слайд 73Микропрограммные автоматы (Функциональный переход. Переход на микроподпрограмму с возвратом.)
С помощью комбинационной

схемы CS разряды микроинструкции (k,e1,e2) преобразуются в сигналы управления стеком

и мультиплексором.
При вызове микроподпрограммы необходимо запомнить адрес, с тем, чтобы восстановить его при возвращении из микроподпрограммы. Для этого используется безадресная память - стек (stack).
Принцип (дисциплина) работы стека описывается условием «последним вошел - первым вышел» (Last In - First Out, LIFO). Слово с наибольшим номером называют вершиной стека.
Стек может выполнять следующие действия:
-«чтение» слова с наибольшим номером,
-«выталкивание» (стирание) из памяти слова с наибольшим номером,
-«запись» нового слова с присваиванием ему наибольшего номера.
При вызове микроподпрограммы выполняется операция «записи» в стек адреса возврата. При возвращении из микроподпрограммы выполняется операция «чтения» адреса возврата, затем «выталкивания» его же из стека.
Операция «чтения» без «выталкивания» выполняется при использовании стека для организации циклов.
Микропрограммные автоматы (Функциональный переход. Переход на микроподпрограмму с возвратом.)С помощью комбинационной схемы CS разряды микроинструкции (k,e1,e2) преобразуются

Слайд 74Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)
Блок-текст состоит из трех частей:
1)- Описание переменных

и начальных значений памяти.
2)- Описания функций и связей. Записываются любые

функции и
функциональные связи (в том числе предикатные), не использующие запоминания. Переменные из левой части операции присваивания таких функциональных описаний используются в блоках процедуры.
3)- Процедура, состоящая из блоков (микроблоков) операторных и блоков переходов:
- операторные - в скобках вида {.....},
- перехода - в скобках вида <<...>>;
и те, и другие блоки могут снабжаться метками, стоящими перед блоком. В блоках перехода используется оператор GO в одной из двух форм:
GO m - безусловный переход,
GO (P; m0,m1,m2,...) - условный переход. здесь m0,m1,... - метки блоков,
P - предикатное значение, интерпретируемое оператором GO как неотрицательное целое число, являющееся порядковым номером метки в списке меток оператора GO. С этой метки должно быть продолжено выполнение алгоритма. Блоки условных переходов эквивалентны предикатным вершинам блок-схемы алгоритма.
Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)Блок-текст состоит из трех частей:1)- Описание переменных и начальных значений памяти.2)- Описания функций

Слайд 75Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)
Пример. Вычислитель наибольшего общего делителя (НОД)

двух натуральных чисел (8-разрядных).
1) Разработаем интерфейс вычислителя:
I1[7..0], I2[7..0] -входные информационные

шины.
rI -входной сигнал готовности:
если rI=1, то на входах I1, I2 готовы операнды.
D[7..0] -выходная информационная шина .
rO -выходной сигнал готовности:
если rO=1, то готов результат на шине D, который сохраняется до появления новых операндов.
2) Математическое обоснование алгоритма вычислений:
Идея алгоритма, следуя Евклиду (IIIв. до р.Х.), заключа-ется в том, что НОД двух натуральных чисел А и В в случае равенства этих чисел совпадает с любым из них, а в случае их неравенства совпадает с НОД двух других чисел: меньшего и
разности между большим и меньшим. Последовательно, уменьшая
числа, получим два равных числа -значение одного из них и будет НОД исходных чисел.
3) Блок-схема алгоритма (микропрограмма в содержательном виде):
Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)Пример.  Вычислитель наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел (8-разрядных).1) Разработаем интерфейс

Слайд 76Операционные автоматы (БСА – нахождение НОД)
I1[7..0], I2[7..0] --входные шины
D[7..0] --выходная шина
rI,

rO --сигналы готовности
A[7..0]:, B[7..0]: --память текущих значений
S[7..0] --разность
z, p --предикатные

переменные

z

Операционные автоматы (БСА – нахождение НОД)I1[7..0], I2[7..0] --входные шиныD[7..0] --выходная шинаrI, rO --сигналы готовностиA[7..0]:, B[7..0]: --память текущих

Слайд 77Операционные автоматы (ОА: нахождение НОД)
z
4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Операционные автоматы (ОА: нахождение НОД)z4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Слайд 78Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)
z
4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)z4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Слайд 79Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)
5) Формулировка требований к управляющему автомату.

Для управления вычислениями на каждом шаге алгоритма потребуются следующие

управляющие сигналы:

**/ операция активна, если значение управляющего сигнала равно 1

Заметив, что
umA = umB , uiB = uiA ,
окончательно получаем:

Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)5) Формулировка требований к управляющему автомату.   Для управления вычислениями на каждом

Слайд 80Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)
4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Слайд 81Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)
4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Слайд 82Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)
4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Операционные автоматы (Синтез операционного автомата)4) Разработка функциональной схемы операционного автомата.

Слайд 83Операционные автоматы (Оптимизация ОА)
При проектировании вычислительного устройства основными являются ограничения на:
1)-

время вычисления;
2)- объем аппаратуры, реализующей вычисления;
3)- тип применяемых базовых функций.

ЗАДАЧА:

ОПТИМИЗАЦИЯ АПППАРАТУРЫ ПРИ СОХРАНЕНИИ МИНИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

В настоящее время процедуры минимизации не формализованы и сводятся к перебору "правдоподобных" вариантов.
Можно предложить следующую последовательность действий:
1)- все "похожие" функции (операции) реализовать на одном функциональном модуле, например, все суммирования выполнять на одном сумматоре;
2)-скорректировать алгоритм так, чтобы в одном микроблоке не выполнялось более одной операции на одном и том же функциональном модуле;
3)- минимизировать память автомата, т.е. число запоминаемых промежуточных переменных;

**\ Выполнение этих этапов может привести к усложнению коммутации, а значит, и к увеличению этой компоненты в аппаратуре ОА.
Операционные автоматы (Оптимизация ОА)При проектировании вычислительного устройства основными являются ограничения на:1)- время вычисления;2)- объем аппаратуры, реализующей вычисления;3)-

Слайд 84Операционные автоматы (Универсальный ОА)

Операционные автоматы (Универсальный ОА)

Слайд 85Операционные автоматы (Универсальный ОА)
ALU - арифметико-логическое устройство – комбинационная схема с

небольшим, но универсальным набором арифметических и логических операций.
RGF - регистровый

файл - адресуемая память RAM со статической синхронизацией при записи.
RG'T' - регистр-фиксатор со статической синхронизацией.
RG'АCC' - регистр-аккумулятор с динамической синхронизацией.
DI,DO - входная и выходная информационные шины.
Р - предикатные сигналы (флажки).
YF - сигналы управления выбором функции.
YA - адрес чтения и/или записи RGF.
yW - разрешение записи в RGF.
Операционные автоматы (Универсальный ОА)ALU - арифметико-логическое устройство – комбинационная схема с небольшим, но универсальным набором арифметических и

Слайд 86Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)
Выбор способа кодирования также определяется требованиями к

объему
ПЗУ, быстродействию автомата, а также данными о количестве различных

микрокоманд и микроопераций в микропрограмме и ее структуре (степени разветвленности алгоритма). Точных рекомендаций по выбору способа кодирования для каждой конкретной микропрограммы не существует и поэтому решения, принимаемые разработчиком, носят субъективный характер.
В процессе кодирования операционной части микрокоманды обычно ста-
раются уменьшить ее длину и в то же время сохранить возможность совмещения нескольких микроопераций в одной микрокоманде. В случае небольшого количества микроопераций в автомате используют горизонтальное кодирование. Вертикальное кодирование применяется, когда в каждой микрокоманде выполняется только одна микрооперация или несколько совместимых.
Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)Выбор способа кодирования также определяется требованиями к объему ПЗУ, быстродействию автомата, а также

Слайд 87Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)
Кодирование микроопераций в микрокоманде может выполняться по

од-
ному из 3-х вариантов:
1) горизонтальное (унитарное) кодирование;
2) вертикальное

(максимальное) кодирование;
3) смешанное (диагональное) кодирование.

При горизонтальном кодировании за каждой микрооперацией в составе
операционной части микрокоманды закрепляется свой разряд. Единичное
значение разряда характеризует выполнение микрооперации в текущей
микрокоманде, а нулевое – ее отсутствие.

Вертикальное кодирование предусматривает выделение для каждой микрооперации отдельного многоразрядного кода, разрядность m которого определяется общим числом M различных микроопераций реализуемых в операционном автомате.
Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)Кодирование микроопераций в микрокоманде может выполняться по од-ному из 3-х вариантов: 1) горизонтальное

Слайд 88Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)
Поскольку для первого способа кодирования длина операционной

части
микрокоманды может быть велика (при большом М), а второй

способ при минимальной длине операционной части микрокоманды требует применения достаточно сложных дешифраторов, чаще всего используется третий компромиссный вариант – смешанное кодирование.
Суть его в следующем: операционная часть разбивается на ряд операционных полей.
Их число определяется максимальным количеством одновременно выполняемых микроопераций в одной микрокоманде. С каждым полем связана группа несовместных микроопераций (которые никогда не выполняются одновременно). Внутри каждого поля кодирование осуществляется вертикальным способом. Это позволяет с одной стороны иметь практически любую комбинацию микроопераций в составе микрокоманды, с другой стороны, вертикальное кодирование внутри полей уменьшает общую длину операционной части микрокоманды, а более короткие коды приводят к упрощению дешифраторов операционной части микрокоманды.
Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)Поскольку для первого способа кодирования длина операционной части микрокоманды может быть велика (при

Слайд 89Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)
Построение МПА требует формализации набора МО и

системы микрокоманд. Система МК может быть задана наборами МО:

а1= {y1,

y7, y11}
а2= {y2, y5, y9}
.
.
.
aj= …

Отсюда можно перейти к матрице МК (ММК). ММК – это матрица, строки которой соответствуют различным микрокомандам, определяемым набором МО.

y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10 y11
a1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
a2 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0
……
Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций МПА)Построение МПА требует формализации набора МО и системы микрокоманд. Система МК может быть

Слайд 90Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)

Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)

Слайд 91Микропрограммные автоматы (Пример. Система микрокоманд)

Микропрограммные автоматы (Пример. Система микрокоманд)

Слайд 92Микропрограммные автоматы (Матрица несовместимости МО)

Микропрограммные автоматы (Матрица несовместимости МО)

Слайд 93Микропрограммные автоматы (Адресация микрокоманд МПА)

Микропрограммные автоматы (Адресация микрокоманд МПА)

Слайд 94Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций)
По графу несовместимости выбираем множества совместимых МО таким

образом, чтобы каждая МО присутствовала только в одном множестве:

B1={y0, y4,

y5, y6, y9}
B2={y0, y1, y3, y7}
B3={y2}
B4={y8}

Структура сегмента операционной части МК (микрооперации) приведена на рис , а система команд может быть представлена в виде таблицы:
Микропрограммные автоматы (Кодирование микроопераций)По графу несовместимости выбираем множества совместимых МО таким образом, чтобы каждая МО присутствовала только

Слайд 95Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)

Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)

Слайд 96Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)

Микропрограммные автоматы (Кодирование микрокоманд МПА)

Слайд 97Микропрограммные автоматы (Микрокоманда, кодирование микроопераций)
в
Микрооперация без кодирования
Косвенное кодирование

Микропрограммные автоматы (Микрокоманда, кодирование микроопераций)вМикрооперация без кодированияКосвенное кодирование

Слайд 98Микропрограммные автоматы (Микрокоманда, кодирование микроопераций)
Косвенное кодирование
Прямое кодирование

Микропрограммные автоматы (Микрокоманда, кодирование микроопераций)Косвенное кодированиеПрямое кодирование

Слайд 99Микропрограммные автоматы (Микрокоманда, кодирование микроопераций)
Резидентное кодирование

Микропрограммные автоматы (Микрокоманда, кодирование микроопераций)Резидентное кодирование

Слайд 100Микропрограммные автоматы (Взаимодействие ОА и УА)

Микропрограммные автоматы (Взаимодействие ОА и УА)

Слайд 101Микропрограммные автоматы (Взаимодействие Управляющего и Операционного Автоматов. Модель Глушкова.)
Согласно модели академика

В.М. Глушкова цифровой автомат (ЦА) как устройство для автоматической обработки

цифровой информации по заданным алгоритмам представляет собой совокупность операционного автомата (ОА) и управляющего автомата (УА).
Микропрограммные автоматы (Взаимодействие Управляющего и Операционного Автоматов. Модель Глушкова.)Согласно модели академика В.М. Глушкова цифровой автомат (ЦА) как

Слайд 102Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Слайд 103Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Слайд 104Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Слайд 105Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Микропрограммные автоматы (ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА)

Слайд 106Микропрограммные автоматы (Процессор. Обобщенная схема Процессора)
Процессор выполняет заданное множество операций

F над входными словами D
с целью вычисления

результатов R. Каждая операция из множества операций F возбуждается соответствующей командой из множества команд K.
Микропрограммные автоматы (Процессор. Обобщенная схема Процессора)Процессор выполняет заданное множество операций  F  над входными словами

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика