Главная | Обратная связь

Устройство управления с программируемой логикой

Упрощенную структурную схему устройства управления с программируемой логикой можно представить в виде рис. 7. Двумя главными узлами этого устройства являются узел формирования адреса микрокоманды (NMIAF - Next MicroInstruction Address Former) и постоянное запоминающее устройство микрокоманд ROM(MI). Основной принцип действия такого устройства управления состоит в следующем. Вся совокупность микрокоманд, или управляющих слов, необходимых для реализации всего списка команд процессора на каждом такте их выполнения, хранится в постоянном запоминающем устройстве микрокоманд (хранилище микрокоманд).

Рис. 7. Микропрограммное устройство управления

При выполнении любой команды в каждом такте просто извлекаются из ПЗУ уже готовые для использования очередные микрокоманды. Каждая микрокоманда, или управляющее слово, имеет в ПЗУ свой адрес. Таким образом, чтобы выбрать микрокоманду, необходимую в очередном такте выполняемой команды, требуется сформировать ее адрес. Эту функцию выполняет узел формирования адреса NMIAF. Исходными данными для формирования адреса МК помимо кода операции, логических условий из операционного устройства и сигналов о прерываниях является также информация, заключенная в адресной части предшествующей микрокоманды. При этом адресная часть предшествующей микрокоманды содержит в себе не только указания о том, как сформировать адрес очередной микрокоманды, но в необходимых случаях и сам адрес, если по условиям выполнения команды необходимо совершить переход в новую область ПЗУ.

Помимо основных узлов - ROM(MI) и NMIAF на структурной схеме (см. рис.7) указан также ряд регистров: MIARG - регистр адреса микрокоманды, OPMIRG - регистр операционной части микрокоманды, AMIRG - регистр адресной части микрокоманды, которые выполняют вспомогательные функции временного хранения информации.

Микропрограммное устройство управления, как правило, реализуется в виде отдельного блока по отношению к собственно процессору и конструктивно выполняется на одной или нескольких отдельных микросхемах. Это дает возможность выбрать для реализации ПЗУМК различные типы микросхем, различающихся как по организации, так и по принципу программирования. Среди имеющихся стандартных микросхем ПЗУ для рассматриваемого устройства управления могут быть выбраны:

- по организации – ПЗУ с произвольной выборкой либо программируемые логические матрицы;

- по принципу программирования – с однократным (ППЗУ) или многократным (РПЗУ) программированием.

Наиболее удобным для пользователя является вариант, основанный на применении микросхем ПЗУ с произвольной выборкой и возможностью однократного или многократного программирования.

В узле NMIAF могут быть использованы различные способы формирования адреса микрокоманды. Примером удачного выбора различных способов формирования адреса, на наш взгляд, может служить устройство управления семейства КМ1804. Выбранные в нем способы являются аналогами обычных приемов программирования, но только на уровне разработки микропрограмм. Наиболее простым и естественным является так называемый способ последовательной выборки, который заключается в том, что при формировании адреса очередной микрокоманды к содержимому счетчика микрокоманд, с помощью которого формируется адрес, просто добавляется 1. Это предполагает, что очередная микрокоманда находится в соседней ячейке ПЗУ. Однако использование только одного этого способа не позволяет полностью решить задачу микропрограммирования, так как не дает возможности совершать переходы в микропрограммах. Кроме того, способ не позволяет повысить эффективность использования ПЗУ микрокоманд путем повторного и многократного использования отдельных участков микропрограмм. Поэтому в семействе КМ1804 способ последовательной выборки дополняется тремя другими, в числе которых:

- способ, реализующий условные и безусловные переходы (ветвления) в микропрограммах;

- способ, реализующий переходы на микропрограммы;

- способ, реализующий многократное повторение отдельных участков микропрограмм, т.е. циклы.

Проведенное краткое рассмотрение микропрограммного устройства управления позволяет сделать некоторые обобщающие заключения. Как следует из анализа структурной схемы и принципа действия, данное устройство управления является достаточно сложным по своей аппаратурной реализации и требует значительного количества дополнительных микросхем. Кроме того, микропрограммирование такого устройства управления, т.е. программирование ПЗУ микрокоманд, является достаточно трудоемким процессом и требует большого внимания и аккуратности. Вместе с тем нельзя не отметить весьма широкие функциональные возможности микропрограммного устройства управления, которые могут оказаться особенно ценными при разработке специализированных компьютерных систем.

Общие особенности устройств управления с "гибкой" логикой:

- широкий и практически неограниченный набор команд; внутреннее программирование (на уровне микропрограмм), доступное пользователю, что создает возможность эмуляции набора команд любой известной системы или разработки новой системы команд, наилучшим образом удовлетворяющей требованиям решения конкретной технической задачи;

- увеличение числа используемых микросхем, а также необходимость программирования на уровне микропрограмм, что является недостатком УУ с "гибкой" логикой по сравнению с УУ с "жесткой" логикой;

- кроме того, УУ с "гибкой" логикой имеет меньшее быстродействие.

Задача синтеза заключается в следующем. Дано операционное устройство (рис. 8), для примера достаточно простое, выполняющее три операции: 1) запись операнда в регистр-аккумулятор RGA, 2) сложение со вторым операндом, записываемым в регистр RGD, 3) выдача результата на шину данных. Первая операция выполняется по команде u1, вторая – по команде u2, третья – по команде u3.

Рис. 8. Функциональная схема операционного устройства

Управляющее устройство выдает девять управляющих сигналов с1 – с9. Их распределение по цепям показано на рис..4. Назначение сигналов приведено в табл.1.

Таблица1

Назначение сигналов

Граф конечного автомата, соответствующий заданному распределению управляющих сигналов по тактам, приведен на рис. 9.

Рис. 9. Граф переходов автомата