Принцип микропрограммного управления

Принцип микропрограммного управления состоит в следующем

1. Любое сложное действие по обработке информации можно представить в виде совокупности элементарных действий, которые называются микрооперациями.

2. Для управления порядком исполнения микроопераций из множества Y используют логическое условие из множества X.

3. Для управления порядком выполнения микроопераций используется алгоритм (микро алгоритм) выполнения сложного действия, задаваемый в виде совокупности микроопераций и логических условий и представляемый в виде граф-схемы алгоритма (ГСА) или микропрограммы.

4. Микропрограмма или ГСА используется как форма представления функций устройства, на основе которого определяется структура устройства и порядок выполнения действий во времени.

Функция операционного автомата определяется следующими множествами (рис. 5.2):

1. Множество входных слов D={d₁, …, d_H}, вводимых в автомат в качестве операндов.

2. Множеством выходных слов R={r₁, …, r_Q}, используемых для представления информации в процессе выполнения операции.

3. Множество внутренних слов S={s₁, …, s_N}, используемых для представления информации в процессе выполнения операции. В дальнейшем будем предполагать, что входные и выходные слова совпадают с определенными внутренними словами, то есть DÍS и RÍS.

4. Множествам микроопераций Y={y_m} (m=1,M), реализующих преобразование S=j_m(s) над словами информации, где j_m – вычислительная функция.

5. Множество логических условий X={x_l} (l=1,L), где x_l=y_l(s) и y_l – булева функция.

Рисунок 5.2 – Структурная реализация операционного автомата

Таким образом, функция операционного автомата задана, если определены множества D, R, S, Y, X. Заметим, что время не является аргументом функции операционного автомата.

Функция устанавливает список действий – микрооперации логических условий – которые может выполнять автомат, но не определяет порядок следования во времени.

Другими словами, функция операционного автомата реализует средства, которые могут быть использованы для вычисления, но не сам вычислительный процесс. Порядок выполнения действий во времени определяется в форме функций управляющего автомата.

Функция управляющего автомата состоит в реализации граф схемы (микропрограммы) алгоритма управления, функциональные алгоритмы которой являются сигналы y₁, …, y_L.

Алгоритм управления наиболее часто представляется в виде граф схемы (микропрограммы) или в виде логической схемы алгоритма. Каждая из этих форм определяет временную последовательность реализации алгоритма – устанавливает порядок проверки логических условий x₁, …, x_L и порядок следования микроопераций y₁, …, y_M.

Операционный автомат разделяется на три части: память S; комбинационную схему j, реализующую микрооперации; комбинационную схему y, вычисляющую значения логических условий. Память S обеспечивает хранение слов S₁, …, S_N, которые представляют значения операндов D, промежуточные значения и конечные результаты R. Для выполнения микроопераций Y={y_m} служит комбинационная схема j. Управляющие сигналы Y, формируемые управляющим автоматом, инициируют выполнение необходимых микроопераций.

Для вычисления значений логических условий служит комбинационная схема y, реализующая систему булевых функций X _l:=j_l(S_{g 1}, …, S_gK), значения которых представляются осведомительными сигналами X ={ x_l }.

Управляющий автомат в соответствии с кодом операции генерирует набор управляющих сигналов, который инициирует соответствующий набор микроопераций. Выполнение микроопераций приводит к изменению сотояния памяти операционного автомата – значений слов S₁, …, S_N. Состояние памяти S отображается множеством осведомительных сигналов X, которые анализируются управляющим автоматом для определения следующего набора микроопераций.

Процесс выработки набора управляющих сигналов, выполнения микроопераций и вычисления логических условий занимает один такт времени, длительность Т которого определяется быстродействием логических и запоминающих элементов.

Количество тактов зависят от операции, которую реализует устройство, и состава системы образующих алгоритм Z=(j,y). Чем элементарнее (проще) функции j и y, тем больше число тактов требуется для выполнения операций.

Структура управляющего автомата и его связь с операционным автоматом показаны на рис. 5.3

Рисунок 5.3 – Структурная реализация управляющего автомата

Управляющий автомат состоит из запоминающей части и комбинационной части. Комбинационная часть это комбинационные схемы КС₁ и КС₂. Комбинационная схема 1 (КС₁) служит для реализации внешних сигналов управления, с помощью которых управляют объектом управления. Комбинационная схема 2 (КС₂) служит для получения сигналов возбуждения входов триггеров.

ОА – операционный автомат;

ОУ – объект управления;

D₁, D₂ – сигналы возбуждения триггеров.

Переключение автомата из состояния в состояние выполняется сигналом синхронизации C.