Устройства управления (стр. 3 )

Таблица 6.4. Таблица покрытий

У1	У2	У3	У4	У5	У6	У7	У8	У9	У10	У11
С1	С2	С3	С4	С6	С9	С1	С7	С5	С3	С1
			С5	С7	С10	С2		С8	С4	С2
				С8		С4		С10	С6	С3
						С6			С9	С6
						С9				С8
										С9
										С10

Решением b задачи является множество МКН, включающее в себя все микрооперации уп, чьи СУ принадлежат Y. Поскольку допустимо несколько решений, то ищется минимальное, дающее наименьшую разрядность ПМК.

Объем вычислений можно сократить путем применения эвристических правил. Так, существенные МКН (или их подклассы) С1, С2,, С3,, С7 (см. табл. 6.4) должны входить в любое решение р. Далее, если множество МКН в столбце yi является подмножеством множества МКН в столбце ур то столбец уj; можно удалить из таблицы покрытий, так как микрооперация уj,- в любом случае покрывается меньшим числом МКН из столбца уj, (говорят, что столбец yi, доминирует над столбцом уj). Так, в табл. 6.4 столбец у1, доминирует над столбцами у7, и у11, столбец у3 - над столбцом у10 столбец, y8 — над столбцом у5; следовательно, столбцы у5, у7, у№ уи можно удалить из таблицы покрытий.

Таблица 6.5. Сокращенная таблица покрытий

У4	У6	У9
С4	С9	с5
С5	С10	С8
		С10

После применения этих правил получается сокращенная таблица покрытии (табл. 6.5), по которой покрытия могут быть найдены, например, методом Петрика: А' = (С4 v С5)(С9 v С10)(С5 v C8 v С10) и после приведения подобных членов и выполнения поглощений типа AvАВ имеем: А' = С4С10 v C5C9 v C5C10 v C4C8 v С9. Выражению А' соответствуют покрытия {C4, Ci0}, {C4, C8,, C9}, {C5, C9} и {C5, C10}.

Добавив к этим покрытиям существенные МКН, получим начальное множество решений:

Решение (3; может быть избыточным, то есть некоторые микрооперации могут покрываться несколькими МКН . Для нахождения требуемого минимального решения необходимо для каждого избыточного решения :

- определить множество неизбыточных решений и их цену;

- выбрать в качестве окончательного решения неизбыточное решение с минимальной ценой.

Для нахождения неизбыточных решений годится такая же процедура. Для каждого избыточного решения строится таблица покрытий наподобие табл. 6.4, однако в ее столбцах записываются только МКН, соответствующее решению . Затем, используя описанные выше эвристические методы, получают сокращенную таблицу покрытий, из которой простым перебором или методом Петрика находятся все неизбыточные решения.

Пути повышения быстродействия автоматов микропрограммного управления

Цикл выполнения микрокоманды Тмк можно представить в виде трех этапов:

- формирования адреса очередной микрокоманды в ФАМ (Аi);

- выборки по данному адресу микрокоманды из памяти микропрограмм (Вi);

- исполнения микрокоманды в операционной (0Ч) или адресной части (АЧ) вычислительной машины (Иi).

Порядок следования этапов определяется способом соединения формирователя адреса следующей микрокоманды и памяти микропрограмм.

Структура МПА (рис. 6.22, а) с ФАМ и ПМП, связанными непосредственно друг с другом, не допускает совмещения этапов во времени — здесь этап Ai+l начинается только после выполнения этапа Иi (рис. 6.22, б).

Рис. 6.22. Построение МПА без совмещения: а — структурная схема; б — временная диаграмма обработки микрокоманд

В течение цикла Тмк все узлы заняты обработкой только одной, текущей микрокоманды с номером i, причем последовательный характер обработки МК не позволяет достичь высокого быстродействия:

Производительность ВМ повышается при одновременной конвейерной обработке в МПА нескольких микрокоманд, находящихся на различных этапах выполнения. Для совмещения во времени этапов Ajt Вi и Иi в МПА вводятся дополнительные запоминающие элементы, которые хранят результаты обработки на каждом этапе.

В МПА с одним уровнем совмещения используется один запоминающий элемент — конвейерный регистр микрокоманды, подключенный к выходу памяти микропрограмм (рис. 6.23, а). В данной структуре реализуется одновременная обработка двух микрокоманд: в то время как исполняется находящаяся в PМК i-я микрокоманда (этап Иi), в ФАМ вычисляется адрес (i + 1)-й микрокоманды (этап Аi+1)> и затем по этому адресу из ПМП выбирается (i + 1)-я микрокоманда (этап Вi+1). Следовательно, в МПА с одним уровнем совмещения обеспечивается параллельное выполнение этапов Ai+l и Bi+1 и этапа Иi (рисб):

Тмк = max{(t., + tB), tu}.

Очевидно, что при tn < tA + tB в данной структуре наблюдается вынужденный простой операционной (или адресной) части ВМ. Этот недостаток устраняется в МПА с двумя уровнями совмещения (рис. 6.24, а), в котором ФАМ и ПМП связаны друг с другом двумя конвейерными регистрами — РМК и РАМ. Здесь одновременно обрабатываются три микрокоманды: в операционной или адресной части исполняется МК, (этап Я,), выбирается из памяти MKi+l (этап Bi+i), а в Ф вычисляется адрес MKi+2 (этап Аi+2). Как видно из рис. 6.24, б, в такой структуре совмещается во времени выполнение всех трех этапов и

Методы конвейерной обработки обеспечивают значительный выигрыш только при выполнении линейных участков микропрограммы. Если реализуемая в функция управления является условной, а значение условия вырабатывается на текущем этапе в операционной (адресной) части, то правильный адрес следующей микрокоманды может быть вычислен только по окончании этапа Иi, ответственного

Всего, в зависимости от использования регистров — регистра РМК, состоящего из адресной и микрооперационной частей, регистра РАМ, регистра состояния РГС имя хранения условия перехода), — можно сформировать-11 различных структур МПА. Эти структуры, их временные диаграммы и оценки эффективности приведены в [32, с. 184-212]. Там же показано, что выбор оптимальной структуры опреляется особенностями конкретной микропрограммы.

контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте основные функции устройства управления.

2. Какие аргументы и результат имеет функция ЦФ-ВК?

3. Какие аргументы и результат имеет функция ЦФ-ФАСК?

4. Какие аргументы и результат имеет функция ЦФ-ФИА? Сколько модификаций она поддерживает?

5. Какие аргументы и результат имеет функция ЦФ-ВО?

6. Какие аргументы и результат имеет функция ЦФ-ИО? Сколько модификаций она поддерживает?

7. Какие этапы включаются в машинный цикл команды типа «Сложение»?

8. Какие этапы входят в машинный цикл команды типа «Запись»? Обоснуйте отсутствие одного из этапов.

9. Какие этапы входят в машинный цикл команды типа «Условный переход»? Обоснуйте отсутствие двух этапов.

10. Дайте характеристику входной и выходной информации модели УУ.

11. На какие две части делится структура УУ? Что входит в состав каждой части? Какое назначение имеют элементы частей УУ?

12. Обоснуйте название МПА с жесткой логикой.

13. Перечислите достоинства и недостатки МПА с жесткой логикой.

14. Обоснуйте название МП А. с программируемой логикой. Сформулируйте достоинства и недостатки таких МПА.

15. Дайте характеристику элементов структуры МПА с программируемой логикой.

16. Объясните принцип управления на основе МПА с программируемой логикой.

17. Какие способы кодирования микрокоманд вы знаете? Перечислите их. достоинства и недостатки.

18. Чем отличается принцип прямого кодирования микрокоманд от принципа косвенного кодирования?

19. В чем заключается суть нанопрограммирования?

20. Поясните подходы к адресации микрокоманд, охарактеризуйте их сильные и слабые стороны.

21. Какие способы организации памяти микрокоманд вы знаете, чем они обусловлены?

22. В каких случаях в МПА следует применять ПЛМ, а не ПЗУ? Ответ аргументируйте.

23. Сформулируйте числовые параметры МПА с программируемой логикой. От чего они зависят?

24. Выберите функциональную организацию и структуру МПА с программируемой логикой. Для заданной системы команд рассчитайте числовые параметры МПА.

25. Выберите функциональную организацию и структуру УУ и МПА с программируемой логикой. Напишите микропрограммы реализации всех способов адресации заданной системы команд.

26. Поясните методику минимизации количества слов памяти микрокоманд.

27. Охарактеризуйте методику минимизации разрядности микрокоманд.

28. Какие подходы к повышению быстродействия МПА с программируемой логикой вы знаете? Опишите их достоинства и недостатки.