Введення
Тема курсової роботи з дисципліни В«Прикладна теорія цифрових автоматів В»-В« Мікропрограмние автомати В».
Мета курсової роботи - ознайомитися з основними поняттями; принципами мікропрограмного управління; концепцією керуючого і операційного автоматів; керуючими автоматами з жорсткою і програмованої логікою; навчитися будувати графи схем алгоритмів; проводити синтез керуючого автомата по граф-схемою алгоритму; будувати УА з програмованою логікою на основі ПЗУ і загальною структурою мікропроцесорного обчислювального пристрою.
1. Основні поняття. Принцип мікропрограмного керування
Розглянуті методи і прийоми синтезу дискретних пристроїв (ДУ) використовували їх представлення у вигляді сукупності двох основних блоків: комбінаційного логічного і блоку елементів пам'яті. Такий підхід володіє універсальністю і забезпечує хороші результати при побудові відносно нескладних ДУ. Однак отримані на його основі процедури синтезу ДУ виявляються надмірно громіздкими і трудомісткими при побудові пристроїв середньої і великої складності, що мають важливе практичне значення. Робота таких пристроїв зазвичай полягає в реалізації деякого алгоритму обробки інформації, тобто у виконанні впорядкованої послідовності певних операцій над вступниками даними. При побудові таких ДУ доцільно використовувати принцип мікропрограмного управління, що складається в наступному:
1) будь-яка операція, реалізована пристроєм, розглядається як складне дію, яка розділяється на послідовність елементарних дій, званих мікрооперацій;
2) для управління порядком проходження мікрооперацій використовуються логічні умови х i , що приймають в Залежно від результатів виконання мікрооперацій значення 1 або 0;
3) процес виконання операцій в пристрої описується у формі алгоритму, представленого в термінах мікрооперацій і логічних умов і званого мікропрограмою;
<p> 4) мікропрограма використовується як форма подання функції пристрою, на основі якої визначаються його структура та порядок функціонування.
Все сказане можна розглядати, як змістовний опис принципу мікропрограмного управління.
2. Концепція керуючого і операційного автоматів
При використанні описаного принципу прийнято ділити ДУ на дві частини: операційний автомат (ОА) і керуючий автомат (УА) (рис. 1).
Малюнок 1. Узагальнена структурна схема мікропрограмного дискретного пристрою
ОА призначений для зберігання інформації, що надходить D, видачі результатів виконання операцій R, виконання заданого набору мікрооперацій, вироблення значень логічних умов Х = (x 0 , x 1 , ..., x m ), які є оповіщати сигналами для керуючого автомата. УА генерує послідовність керуючих сигналів Y = (y 1 , y 2 , ..., y n ) відповідно до заданої мікропрограмою і зі значеннями логічних умов X. Кожен керуючий сигнал ініціює виконання відповідної мікрооперації в ОА.
У загальному випадку ДУ призначається для виконання ряду мікропрограм, і на УА подається зовнішній сигнал q, відповідно до якого починається виконання тієї чи іншої мікропрограми. Якщо ДУ є частиною системи обробки інформації, то воно може також обмінюватися спеціальними сигналами логічних умов X B і управління Y B з іншими блоками системи.
До складу ОА входять головним чином типові функціональні вузли: регістри, лічильники, суматори, дешифратори, шифратори, арифметико-логічні пристрої (АЛП), схеми порівняння, блоки пам'яті, схеми пересилання даних і т.п. Число елементів пам'яті (ЕП), що містяться в ОА, визначається розрядністю оброблюваних даних n Д , яка може бути досить великий. Однак трудомісткість і складність проектування ОА, як правило, слабо залежать від n Д в силу широкого використання стандартних вузлів. Таким чином, ОА є виконавчою частиною пристрою; його склад і структура можуть бути однаковими для реалізації багатьох алгоритмів одного класу.
Елементарний неподільний акт обробки інформації в операційному автоматі, що відбувається протягом одного моменту автоматного часу (одного такту роботи автомата), називається мікрооперацій. Прикладами мікрооперацій можуть служити В«Зрушення інформаціїВ», В«+1В», В«Інверсія змінноїВ» і т.д.
Якщо в операційному автоматі одночасно реалізується декілька мікрооперацій, то така безліч мікрооперацій називається мікрокоманд. Не виключений випадок, коли безліч мікрооперацій, що утворюють мікрокоманду, порожньо. Реалізація такої мікрокоманди в операційному автоматі рівносильна відсутності виконання яких елементарних операцій. У разі синхронних дискретних пристроїв порожня мікрокоманда інтерпретується як пропуск такту, коли ніякі сигнали від керуючого автомата на операційний автомат не надходять.
Микрооперации збуджуються вихідними сигналами керуючого автомата, а їх послідовність у часі визначається функціями переходу керуючого автомата.
Сукупність мікрокоманд і функцій переходу утворює мікропрограму. Таким чином, для опису мікропрограми необхідно задати безліч мікрокоманд і функцій переходу, визначають порядок їх виконання. Для опису мікропрограм зручно використовувати мову граф-схем алгоритмів (РСА).
3. Керуючі автомати з жорсткою і програмованої логікою
Обсяг обладнання УА залежить від складності реалізованого алгоритму і від структури цього автомата, яку можна виконати в трьох варіантах.
1. УА з жорсткою (схемної, довільної) логікою, при якій перемикальні функції, необхідні для формування заданої послідовності керуючих сигналів У, реалізуються з допомогою логічних елементів з довільними зв'язками (зазвичай із застосуванням схем з малої та середньої ступенями інтеграції). Тут використовується апаратний підхід до реалізації пристрою.
2. УА з збереженою у пам'яті (Гнучкої, програмної) логікою, при якій сигнали У виробляються на основі сукупності керуючих слів, збережених в пам'яті автомата. У цьому випадку складені мікропрограми використовуються в явній формі і зазвичай записуються в постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП), виконані на основі напівпровідникових ВІС великої ємності, що дозволяє забезпечити регулярність структури УА і його компактність; тут використовується апаратно-програмний підхід до реалізації пристрою.
3. УА на основі програмованих логічних матриць (ПЛМ), в яких задані функції реалізуються за допомогою БІС ПЛМ, що дозволяє поєднувати багато гідності перших двох варіантів.
Таким чином, використання принципу мікропрограмного управління дозволяє впорядкувати і спростити процедуру логічного проектування ДУ, забезпечити регулярність їх структури, а також відкриває можливість широкого застосування сучасних БІС. Принцип микропрограммирования застосовується при створенні мікропроцесорів і пристроїв на їх основі. Це не тільки дозволяє упорядкувати управління, але і дає можливість формувати систему команд мікропроцесорів на свій розсуд, виходячи з наявної системи мікрокоманд.
Розглянемо порядок проектування мікропрограмного ДУ, який складається з наступних основних етапів:
Запис алгоритму.
За описом окремих алгоритмів, реалізованих пристроєм, складається їх формалізована запис в вигляді граф-схем алгоритмів (РСА). Для цього складається список необхідних мікрооперацій У j , і відповідних їм керуючих сигналів у j , а також логічних умов х i ; Далі при необхідності проводиться мінімізація числа вершин ДСА та складається об'єднаний ДСА, що є формою будівлі ДУ для виконання наступних етапів.
Побудова ОА.
У загальному випадку ОА може бути побудований по канонічної схемі автомата і містить три основні частини: блок елементів пам'яті для збері...
