в.5. Реализация микропрограммного автомата на МОС

Микропрограммный автомат, как и любой другой, может быть построен в матричной однородной среде. Однако учет особенностей алгоритма его функционирования и структуры [2, 3] позволяет упростить процесс построения МА и разработать канонический метод синтеза его структуры по логической схеме алгоритма.

Представим структуру МА в виде k функциональных схем ФС1, ФО, ФСк, каждая из которых реализует одну микрокоманду, где к - число микрокоманд. Отведем каждой функциональной схеме lj вертикальных шин в МОС, где lj-число ветвей в j-й микрокоманде.

Каждой логической переменной ра , а=1, 2, n где n - число логических условий в ЛСЛ, отведем свою горизонтальную шину а; каждой выходной переменной (za , p=1, 2, F, где F- число операторов в ЛСА,-свою горизонтальную шину (n+р), каждой внутренней переменной ул,у--=\, 2, 5, S=]\ogsh[ - две горизонтальные шины: (n+F+y) и (n+F+S+y). На одной из них, а именно на (n+F+y) записано значение внутренней переменной Yy в i-такте; на другой-значение уу в +1)-м такте. Тогда для реализации МЛ используется участок среды размерностью (lk+к) (n+F+2S+l), где /== 2 /=i

Так как каждая микрокоманда в схеме Уилкса реализуется за два такта (см. гл. 5), то используемый участок МОС можно условно разбить на два. Один из них предусматривается для реализации ФС„ /=1, 2, .... к, другой-для передачи значения кода микрокоманды, выполняющейся в (1+1)-м такте, от горизонтальных шин (S+n+F+y) к. шинам (n+F+y), где у=1, 2, .... S. Пример 6.11. Пусть алгоритм функционирования микропрограммного автомата задан в виде ЛСА

А Pi Т1 Р2 Г2 Аг Рз т2 4» р4 т2 А2 г2 А3 Ak.

При этом получены следующие микрокоманды:

Закодируем микрокоманды (табл. 6.5). Число кодирующих переменных (т. е. ЭП), которое потребуется для этого, .S=log2 6[-3.

Для реализации функциональных связей потребуется (10+6) =16 вертикальных и (9+3+3) =15 горизонтальных шин. На вертикальных шинах реализуется последовательно: ФС1 (первая-третья шины), ФС2 (четвертая, пятая шины), ФСз (шестая, седьмая шины), ФС4 (восьмая шина), ФС4 (девятая шина) и ФС6 (десятая шина). Вертикальные шины с 11-и по 16-ю входят в часть II и служат для перезаписи кода следующей микрокоманды. На горизонтальные шины последовательно подаются переменные

Pi, Pi, Рз. Pi, А0, At, А2, А3, уг, у,, у3, у\, у\, y\,q.

Разберем подробно реализацию первой ветви первой микрокоманды, в результате которой автомат переходит к выполнению микрокоманды Ms. Исходя из заданной ЛСА запишем ветвь Z,i:

Li = A0PiP2-+[M2].

Так как логические переменные pi и рг входят в ветвь l] без инверсии, то соответственно ячейки (oo1,1 и oo2.1 настроены на передачу инверсного сигнала с горизонтальной шины на вертикальную. Ячейки oo3,1 и oo4,1 настроены на развязку, так как переменные рЗ и p4 не входят в L1. Ячейка (oo5, i настроена на инверсную передачу с вертикальной шины на горизонтальную, поскольку

A0 входит в Li, а ячейки (oo6, 1, .... oo8, 1 настроены на развязку,

поскольку Ai,.......A3 не входят в L1. Ячейки (oo9, 1, oo10, 1, ooll.

1 настроены на передачу прямого сигнала с горизонтальной шины на вертикальную, так как y1, y2, y3, которыми закодирована микрокоманда M1 с входящей в нее L1 равны 0 (см. табл. 6.1). После L1 по условиям алгоритма функционирования должна выполняться микрокоманда М2, следовательно, из ячеек oo12, 1, oo13, 1, oo14, 1 только последняя настроена на инверсную передачу с вертикальной шины на горизонтальную, так как микрокомандами закодирована следующим образом: у1=0, у2= О,

y3=1.

Полная схема реализации микропрограммного автомата в МОС приведена на рис. 6.24. На вход q поступает сигнал от тактового генератора ТГ (см гл. 5).

Более подробно метод синтеза микропрограммного автомата в базисе МОС изложен в [22].

Контрольные вопросы

1.В чем состоит особенность проектирования дискретных устройств в базисе БИС?

2.Что гакое ПЛМ и каким обсазом можно реализовать дискретное устройство в базисе ПЛМ?

3.В чем состоит принципиальное отличие МОС от ПЛМ?

Глава 7.

СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

7.1.Принципыпостроениямикропроцессоров

и микропроцессорных систем

Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются наиболее массовыми средствами вычислительной техники. Вместе с тем микропроцессоры из-за дешевизны и малых габаритных размеров их стали широко использовать в различного рода системах управления, в том числе в управляющих устройствах узлов коммутации.

Общепринятого строгого определения понятия «микропроцессор» пока нет, что объясняется быстрым развитием интегральной технологии и схемотехники. Обычно под микропроцессором (МП) понимают функционально законченное устройство, которое выполняет функции программной

обработки информации, аналогичные функциям процессора обычной ЭВМ, и реализуется на одной БИС или в виде модуля, содержащего несколько БИС [21, 23, 24].

На основе набора БИС, включающего БИС МП и ограниченное число других типов БИС, строятся более .полные системы программной обработки информации - микропроцессорные системы (МПС) и микро-ЭВМ.

Микропроцессорной системой часто называют любую вычислительную или управляющую систему, в которой в качестве процессорного блока используется микропроцессор [21]. В общем случае МПС может содержать несколько микропроцессоров.

В дальнейшем под микропроцессорной системой будем понимать систему, содержащую один микропроцессор. Системы, имеющие несколько МП, будем называть многомикропроцессорными (ММПС). В настоящее время нет четкого разграничения между понятиями МПС и микро-ЭВМ. Однако под микро-ЭВМ обычно понимают конструктивно завершенную МПС, оформленную в виде автономного вычислительного устройства с собственным источником питания, интерфейсом ввода - ывода и комплексом программного обеспечения [21, 23, 24].

В состав МПС, как правило, входят следующие основные функциональные блоки: микропроцессор МП, постоянное или полупостоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ППЗУ), оперативное ЗУ (ОЗУ), генератор тактовых сигналов (ТТ), блок приоритетного прерывания (БПП), схемы внешнего интерфейса, обеспечивающие сопряжение МИС с периферийными устройствами (интерфейс ввода- вывода ИВВ) и схемы внутреннего интерфейса (ВИ), обеспечивающие передачу данных, адресов и команд между функциональными блоками МПС.

При построении МПС обычно применяется магистральный принцип соединения их функциональных блоков. Согласно этому принципу блоки, реализованные в виде функционально законченных модулей, соединяются между собой одной или несколькими шинами (рис. 7.1). В последнем случае это, как правило, шины: данных (ШД), адресов (ША) и управляющих сигналов (ШУ).

\тг\-*\ мп

шд шу ша

ооо

ивв

т

Рис. 7.1

В состав МП кроме основного блока, выполняющего функции собственно процессора и называемого центральным процессором (ЦП), часто входят устройства синхронизации и управления системой, а также некоторые вспомогательные схемы. Как ЦП, так и каждое из устройств, входящих в состав МП, выполняются в виде отдельных БИС или одной БИС, образуя IB последнем случае БИС микропроцессора.

Центральный процессор (рис. 7.2) содержит следующие основные функциональные блоки: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), схему распределения тактовых сигналов (устройство синхронизации УС), блок внутренних регистров, который состоит из специальных регистров и регистров общего назначения (РОИ). К специальным регистрам относятся: регистр команды (РК), аккумулятор (А), счетчик команд (программный счетчик ПС), индексные регистры (ИР), регистр состояния (регистр признаков результата РП), регистровое стэковое ЗУ (стэк) или указатель стэка (УкСт), буферные регистры данных и адресов (БРД и БРА).

Построение структуры центрального процессора также основано на .магистральном принципе соединения его функциональных блоков. Этот принцип, являющийся характерной особенностью архитектуры как ЦП, так и МПС в целом, реализуется в ЦП путем использования общей внутренней шины данных (см. рис. 7.2), разрядность которой, как правило, совпадает с разрядностью слов, обрабатываемых в АЛУ. Функциональные блоки микропроцессорной системы могут быть сгруппированы и реализованы с помощью БИС различными способами, что влияет на основные свойства этой системы. Набор совместимых БИС, требуемых для построения МПС и разрабатываемых специально для этой цели, составляет комплект или семейство микропроцессорных БИС (микропроцессорный комплект).