Операционный автомат типа IM

Структура I-автомата базируется на принципе закрепления комбинационных схем за каждым из регистров (принцип индивидуального закрепления). Структура М-автоматов базируется на обобществлении (обобщении) комбинационных схем ко всем регистрам. Поэтому I-автоматам присущи максимальная производительность, но и максимальные затраты оборудования. В случае М-автомата производительность минимальна при наименьших затратах оборудования.

ОА со структурой, носящей ограничения на совместимость микрооперации и одновременно с этим обеспечивающие выполнение за один такт более одной МО, называется IМ-автоматами.

IM-автоматы занимают промежуточное место между М-автоматами и I-автоматами: производительность их выше, чем у М-автоматов, а затраты оборудования меньше, чем у I-автоматов.

Существует два типа IM-автомата: с параллельной комбинационной частью и последовательной комбинационной частью.

ОА типа IM с последовательной комбинационной частью

Пример IM-автомата с этой структурой приведен на рис.6.21.

Рисунок 6.21 – Структура IM–автомата с последовательной комбинационной частью

В случае IM-автомата с последовательной комбинационной частью структура содержит комбинационные схемы F₁, F₂, F₃, реализующие МО из множеств {f_k}, {g_e}, {h_m} соответственно. Операции выполняются с операндами на шинах А₁ и А₂. В частности, сигналы а_i, b_j инициирует микрооперации А₂:= а_i; А₁:= а­_j. Комбинационные схемы F₁, F₂, F₃ выполняют микрооперации А₃= f_h(A₃); A₄: y_e(A₁,A₂); Z = h_m(A₄), под действием сигналов f_h, g_e, h_m соответственно. Результат Z записывается в память S_n:= Z сигналом d_n.

Таким образом, набор управляющих сигналов (a_i, b_j, f_h, g_e, h_m, d_n) инициирует выполнение микроопераций f_h, g_e, h_m над словами S_i, S_j и записи результата в регистр S_n, другими словами реализуется следующее преобразование:

S_n:= h_m (g_e (S_j, f_h (S_j)))

Этот оператор эквивалентен трём последовательно выполняемым микрооперациям. Это означает, что производительность данного IM-автомата в три раза выше производительности М-автомата. Для обеспечения возможности выполнения микроопераций f_h, g_e, h_m в любом сочетании, каждая из схем F₁, F₂, F₃ должна выполнять следующие микрооперации: А₃:= А₂; А₄:= А₁; А₄:= А₃; Z:= А₄. Таким образом, комбинационная часть, кроме преобразования S_n:=h_m (g_e (S_j, f_h (S_j))), должна выполнять такие микрооперации Z:= А₁; Z:= А₃; Z:= f_h (H₂); Z:=g_e(A₁,A₂); Z:= h_m (H₁); Z:=g_e (H₁, f_h (A₂)) и т.д.

При использовании IM-автоматов в качестве ОА процессоров схемы F₁, F₂, F₃ обычно выполняет следующие функции.

Схема F₁ реализует инверсию, генерацию констант, формирование полей. Она называются формирователем кодов. К таким микрооперации формирователи кодов относятся:

f₀: A₃:=A₂; f₄: A₃:=0*A₂(1: n);

f₁: A₃:=1; f₅: A₃:=1*A₂(1: n);

f₂: A₃:=15₁₀; f₆: A₃:=1*ùA₂(1: n);

f₃: A₃:=1010; f₇: A₃:=A₂(0:7), 00…0.

Микрооперация f₀ обеспечивает передачу слова A₂ без преобразования микроопераций f₁, f₂, f₃ значения констант. Микрооперация f₄ служит для передачи модуля операнда, микрооперация f₅ для передачи числа с обратным знаком. Микрооперация f₆ формирует обратный код слова A₂, а микрооперация f₇ выделяет первый байт операнда.

Схема F₂ выполняет бинарные микрооперации, +, Ú, Ù, Å. Поэтому F₂ часто называется сумматором.

g₀: A₄:=A₁; g₃: A₄ÅA₃;

g₁: A₄:=A₃; g₄: A₄:=A₁ÙA₃;

g₂: A₄:=A₁+A₃; g₅: A₁ÚA₃.

Схема f используется для выполнения сдвига и называется С двигателем.

С двигатель реализует следующие микрооперации:

h₀: Z:=A₄; h₃: Z:=R1(A₄(n)*A₄);

h₁: Z:=k1(0*A₄); h₄: Z:=L1(A₄*A₄(n));

h₂: Z:=L1(A₄*0); h₅: Z:=R2(00*A₄).

Различным значениям управляющих сигналов (g_e, f_k, h_m) соответствуют различные преобразования.

(f₁,g₂, h₀) – Z:=A₁+1; (f₁,g₁, h₀) – Z:=15₁₀;

(f₆,g₂, h₀) – Z:=A₁+1.ùA₂(1: n); (f₄,g₂, h₁) – Z:=R1(0(A₁+A₂(1: n))).