Синтез операционных автоматов для процессорных элементов микро ЭВМ

В качестве операционного автомата для процессорных элементов микро ЭВМ выберем операционный автомат М-типа.

Автоматы данного типа меньшую аппаратную сложность, однако, производительность вычислений уменьшается до одной операции за такт. Логические условия в автомате М-типа могут формироваться как в АЛУ, так и в самих регистрах – путём соответствующих выводов к управляющему автомату.

Далее синтезирован операционный автомат М-типа, реализующий арифметическую операцию, заданную в условии ().

Блок-схема микроопераций, реализующая данную математическую операцию представлена ниже. (Рис. 4.)

Рис. 4.1 Блок схема микроопераций.

Рис. 4.2 Блок схема микроопераций.

Рис. 4.3 Блок схема микроопераций.

В структуре М-автомата использованы две шины данных ШД1 и ШД2. Они соединены с входами АЛУ А1 и А2 соответственно. Разделим множество операндов АЛУ на два подмножества исходя из условий.

1. Если регистры Ri и Rj операнды одной микрооперации, то они включаются в различные подмножества.

2. Каждое слово R должно принадлежать хотя бы одному из подмножеств.

3. Подмножества формируются таким образом, чтобы затраты на коммутацию были минимальные.

Для определения каждого из подмножеств построим таблицу выполняющихся микроопераций, и распределим регистры по шинам.

Результат произведенных действий поместим в таблицу.

Содержание микроопераций	ШД1	ШД2
Рг. I[3.0]:= 1	-	1
Рг. Т[23.0]:= 0	-	-
Рг. LN[23.0]:=0	-	-
Рг. К[3.0]:= 10	-	10
Рг. Х[23.0]:= Х	-	Х
Рг. Х[23.0]:= Рг. X[23.0] – 1	-	Рг. Х
Рг. Р[23.0]:= Рг. Х[23.0]	-	Рг.Х
Рг. Чт.[23.0]:= 0	-	-
Рг. Дт.:=Рг.I.	-	Рг.I
Рг.Дм.[23.0]:=Рг.Х[23.0]	-	Рг.Х
Рг.Сч.[23.0]:= 23	-	23
Рг.Дм.[23.0]:= Рг.Дм.[23.0] + Рг.Дт + 1	Рг.Дм.	Рг.Дт.
Т3:= 1	-	-
Т3:= 0	-	-
Рг.Дм.:= Рг.Дм.[23.0] + Рг. Дт. [23.0]	Рг.Дм.	Рг.Дт.
Рг.Дм.:= L1(Рг.Дм.[23.0].0)	Рг.Дм.	-
Рг.Чт.:= L1(Рг.Чт.[23.0].0)	-	Рг.Чт.
Рг.Чт.[23.0]:= Рг.Чт.[23.0] + 1	-	Рг.Чт.
Рг.Сч.[23.0]:= Рг.Сч.[23.0] – 1	-	Рг.Сч.
Рг.Т.:= Рг.Чт.[23.0]	-	Рг.Чт.
Рг.LN[23.0]:= Рг.LN[23.0] + Рг.Т.[23.0]	Рг.LN	Рг.Т
Рг.I[23.0]:= Рг.I[23.0] + 1	-	Рг.I
Рг.См.[23.0]:= 0	-	-
Рг.Мн.[23.0]:= Рг.Х[23.0]	-	Рг.Х
Рг.Мт.[23.0]:= Рг.Р[23.0]	-	Рг.Р
Рг.Сч.[23.0]:= 13	-	13
Tд.:= 0	-	-
Рг.См.[23.0]:= Рг.См.[23.0] + Рг.Мн.[23.0]	Рг.См.	Рг.Мн.
Рг.См.[23.0]:= Рг.См. + L1(Рг.Мн.[23.0].0)	Рг.См.	Рг.Мн.
Рг.См.[23.0]:= Рг.См. + Рг.Мн.[23.0] + 1	Рг.См.	Рг.Мн.
Tд.:= 1	-	-
Рг.Мт.[23.0]:= R2(00.Рг.Мт.[23.0])	-	Рг.Мт.
Рг.Мн.[23.0]:= L2(Рг.Мн.[23.0].00)	-	Рг.Мн.
Рг.Х[23.0]:= Рг.См.[23.0]	Рг.См.	-
Рг.Х[23.0]:= Рг.Х.[23.0] + 1	-	Рг.Х
Рг.К.:= Рг.К.[23.0] – 1	-	Рг.К.

Таким образом в первое подмножество попадают регистры:

- Рг.Дм;

- Рг.См;

- Рг.LN.

Во второе подмножество попадают регистры:

- Рг.Х;

- Рг.I;

- Рг.Дт;

- Рг.Чт;

- Рг.Т;

- Рг.Сч;

- Рг.Р;

- Рг.Мн.;

- Рг.Мт;

- Рг.К.

Поставим в соответствие каждой микрооперации выполняемой функции оператор присваивания АЛУ. Эти операторы характеризуют действия, выполняемые непосредственно в АЛУ.

Составим таблицу соответствующих микроопераций:

	Содержание оператора D	Приемник результата
	D:= 000…01	D->Рг.I
	D:= 000…0	D->Рг.Т.
	D:= 000…0	D->Рг.LN
	D:= 000…01010	D->Рг.К
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Х
	D:= A2[23.0] + 111…1	D->Рг.Х
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Р
	D:= 00..00	D->Рг.Чт
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Дт
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Дм.
	D:= 000…010111	D->Рг.Сч.
	D:= A1[23.0] + A2[23.0] + 1	D->Рг.Дм.
	D:= 000…01	D->Т3
	D:= 000…0	D->Т3
	D:= A1[23.0] + A2[23.0]	D->Рг.Дм.
	D:= L1(A1[23.0].0)	D->Рг.Дм.
	D:= L1(A2[23.0].0)	D->Рг.Чт
	D:= A2[23.0] + 1	D->Рг.Чт
	D:= A2[23.0] + 1111…11	D->Рг.Сч.
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Т.
	D:= A1[23.0] + A2[23.0]	D->Рг.LN
	D:= A2[23.0] + 1	D->Рг.I
	D:= 000…00	D->Рг.См.
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Мн.
	D:= A2[23.0]	D->Рг.Мт.
	D:= 000…01101	D->Рг.Сч.
	D:= 000…00	D->Тд
	D:= A1[23.0] + A2[23.0]	D->Рг.См.
	D:= A2[23.0] + L1(A2[23.0].0)	D->Рг.См.
	D:= A1[23.0] + A2[23.0] + 1	D->Рг.См.
	D:= 000…01	D->Тд.
	D:= R2(00.A2[23.0])	D->Рг.Мт
	D:= L2(A2[23.0].00)	D->Рг.Мн.
	D:= A1[23.0]	D->Рг.Х
	D:= A2[23.0] + 1	D->Рг.Х
	D:= A2[23.0] + 111…11	D->Рг.К.

Построим таблицу выбора источников операндов для АЛУ и таблицу выбора приемников результатов.

Таблица источников.

Источники		Сигналы управления
A1	A2	ai	bj
-	I	-	b1
-	T	-	b2
LN	-	a3	-
-	К	-	b4
-	X	-	b5
-	P	-	b6
-	Чт	-	b7
-	Дт	a9	b8
Дм	-		-
-	Сч	-	b10
-	Мн	-	b11
-	Мт	-	b12
См	-	a13	-