Операционный автомат центрального управляющего устройства.

 

Граф-схема командного цикла операционного автомата приведена на чертеже КП.062.020.1999 в приложении.

Рис.2. Операционный автомат ЦУУ

 

Командный цикл.

 

Задачей командного цикла является управление работой всего вычислительного устройства. Первым шагом является считывание операции из памяти, и модернизации счетчика команд на длину прочитанной операции. Затем если считанная операция предназначена для АЛУ, то в АЛУ передается код операции (КОП), а также во входные регистры АЛУ (А_АЛУ, В_АЛУ) заносятся необходимые операнды. После этого необходимо подать сигнал АЛУ на выполнение операции и ожидать окончания работы арифметико–логического устройства. Если же операция не принадлежит к числу операций АЛУ их выполняет устройство управления (УУ). Операциями АЛУ являются: + (сложение), – (вычитание), * (умножение), / (деление), &(конъюнкция), v(дизъюнкция), Å(сложение по модулю 2). Устройство управления выполняет операции: JMP(безусловный переход), CALL(вызов подпрограммы), RET(выход из подпрограммы),:=(операция присваивания), (шесть условных переходов по флагам с, z, ov).

Проектирование арифметико-логического устройства

 

Разработка алгоритмов арифметико-логических операций

 

Разрядность АЛУ 16 бит.

       Первый операнд находиться в регистре А, второй в регистре B, результат в регистре С. Разрядность А – 16 бит, В и С – 17. Считаем, что при умножении переполнения не происходит. Предполагаем, что имеем сумматор-вычитатель.

       Флаги АЛУ: Z – признак 0, C – перенос, OV – переполнение.

 

Алгоритм сложения-вычитания

Рисунок 3

 

Алгоритм произведения

 

       Для операции умножения в регистр A помещается множимое, в регистр B мнножитель, в регистре C произведение. Младшим считается 15 разряд.

 

Рисунок 4

 

Алгоритм деления

 

       При выполнении операции деления в регистр A содержит делимое, B делитель, C остаток (частное). Ниже приведен алгоритм деления целых чисел без восстановления остатка.

Рисунок 5

 

Алгоритм логических операций

 

       Алгоритм логических операций AND, OR, XOR приведен на рисунке 6.

 

Рисунок 6

 

 

 

Синтез I – автомата

 

В соответствии с методикой, изложенной в [3] получим:

 

Микрооперации используемые в микропрограммах +, -, /, * и логических операциях.

 

Y1	B(0):=ùB(0)	Y15	C:=C+1
Y2	C:=A+B	Y16	C(0):=1
Y3	C:=A+ùB+1	Y17	C:=A(1:15)
Y4	ПП:=1	Y18	A(1:15):=B(2:16)
Y5	C(0):=A(0)	Y19	C:=C+ùA(1:15)+1
Y6	C:=B+ùA+1	Y20	C:=L1(C.0)
Y7	C(0):=B(0)	Y21	Сч:=0
Y8	Z:=0	Y22	B(1:16):=0
Y9	C:=0	Y23	B(1:16):=L1(1:16).ùC(0)
Y10	Сч:=15	Y24	C:=B(1:15)
Y11	C:=C+A(1:15)	Y25	C:=B
Y12	B(1:15):=R1(C(15).B(1:15))	Y26	C:=A&B
Y13	C:=R1(O.C)	Y27	C:=AÚB
Y14	Сч:=Сч-1	Y28	C:=AÅB

 

X1	B(0)
X2	A(0)=B(0)
X3	C(0)
X4	A(0)
X5	C(1..15)=0 сравн с 0
X6	B(15)
X7	Сч=0
X8	B(1)
X9	A(0)ÅB(0)
X10	B(16)
X11	А=0

 

 

Разбиваем микрооперации на подмножества соответствующие внутренним словам (регистрам).

 

Y_A={y₁₈};

Y_B={y₁,y₁₂, y₂₂, y₂₃};

Y_C={ y₂, y₃, y₅, y₆, y₇, y₉, y₁₁, y₁₃, y₁₅, y₁₆, y₁₇, y₁₉, y₂₀, y₂₄, y₂₅, y₂₆, y₂₇, y₂₈};

Y_СЧ={ y₁₀, y₁₄, y₂₁};

Y_ПП={y₄};

Y_Z={y₈};

 

       На полученных множествах выделяем классы эквивалентных микроопераций K_nj.

           

K_A,1={y₁₈};

 

K_B,1={y₁}; K_B,2={y₁₂}; K_B,3={y₂₂}; K_B,4={y₂₃};

 

K_C,1={y_2, y_3, y_6, y_11, y_15, y₁₉};K_C,2={ y_5, y_7, y₁₆};K_C,3={y₉}; K_C,4={y₂₄}; K_C,5={y₂₅}; K_C,6={y₂₆}; K_C,7={y₂₇}; K_C,8={y₂₈}; K_C,9={y₁₃}; K_C,10={y₁₇}; K_C,11={y₂₀}

 

K_СЧ,1={y₁₀}; K_СЧ,2={y₁₄}; K_СЧ,3={y₂₁}

 

K_ПП,1={y₄};

 

K_Z,1={y₈}

 

Для K_С1 составляем обобщенный оператор:

 

С:=А2+А1

 

 

 

где,  и

 

      

 

Соответственно и для этого класса строим обобщенный оператор (в принципе присваивание как таковое можно и не выделять в отдельный класс, но тут изменяется только один бит регистра С, следовательно мы можем мультиплексировать операции работающие непосредственно с этим битом):

 

       C(0):=B₁

 

 

Схема синтезированного автомата представлена на рисунке Приложения 2.