Розділ 8

Пристрій керування

8.1. Функції та методи побудови пристрою керування

Пристрій керування виробляє послідовність сигналів, необхідних для виконання ко­манди, та послідовності команд, тобто програми. Команда в комп'ютері виконується за один або за декілька тактів, в кожному із яких виконується одна або декілька мікроопе-рацій. Кожна мікрооперація представляє собою деяку елементарну дію передачі або пе­ретворення інформації, яка ініціюється поступленням керуючого сигналу (мікронаказу) на вхід керування відповідного пристрою. Прикладом може бути керуючий сигнал, який встановлює або очищує прапорець стану, керуючий сигнал запису до регістра, керую­чий код на вході мультиплексора і т. д. Для реалізації команди необхідно на відповідні керуючі входи подати розподілену в часі послідовність керуючих сигналів.

Пристрій керування є одним з вузлів процесора. Як приклад на рис. 8.1 показана взаємодія в процесорі між пристроєм керування та арифметико-логічним пристроєм і регістровою пам'яттю.

Процес функціонування процесора в часі складається з послідовності тактових ін­тервалів, в яких арифметико-логічний пристрій виконує операції над операндами та видає результати обробки. Виконання даних операцій арифметико-логічний пристрій здійснює на основі відповідних сигналів керування (мікронаказів) з пристрою керуван­ня. Послідовність елементарних мікронаказів пристрій керування формує на основі коду операції та службових сигналів стану з регістрової пам'яті процесора.

---

284

Відомі два основні методи побудови логіки формування керуючих сигналів. Перший з них виражається в тому, що для кожної команди процесора існує набір логічних схем, які в потрібних тактах збуджують відповідні сигнали керування. Такий принцип керу­вання одержав назву "жорсткої" або "запаяної" логіки.

Другий метод, який дістав назву принципу мікропрограмного керування, передбачає формування керуючих сигналів за вмістом регістра мікрокоманд, в який мікрокоманди записуються із пам'яті мікрокоманд. Шляхом послідовного зчитування мікрокоманд із пам'яті в цей регістр організується потрібна послідовність керуючих сигналів.

Крім пристрою керування процесора в комп'ютері можуть використовуватись при­строї керування вузлами комп'ютера, наприклад, пристрої керування операційними пристроями АЛП, пристрій керування процесора введення-виведення і т. д. Принципи побудови вказаних пристроїв є ідентичними.

8.2. Пристрій керування з жорсткою логікою

8.2.1. Структура пристрою керування з жорсткою логікою

Типова структурна схема пристрою керування з жорсткою логікою (в англійській термінології hardwired control) представлена на рис. 8.2.

До складу пристрою керування входить блок синхроімпульсів, який генерує тактові імпульси ТІ, потрібні для синхронізації роботи пристрою керування, лічильник тактів, в якому зберігається номер виконуваного в даний час такту, дешифратор коду опера­ції та дешифратор тактів, які перетворюють двійковий код в однорядний, логічні схеми формування сигналів керування. Дешифратор коду операції по коду операції із регістра команд РгК формує сигнал активізації мікрооперації МО на відповідній шині. З кожним тактом до лічильника тактів додається +1 сигналом із блоку синхроімпульсів. Дешифра­тор тактів формує сигнали, відповідні поточному такту.

Логічні схеми формування сигналів керування відповідно до сигналів із дешифрато­ра коду операції, дешифратора тактів та кодів умов і кодів станів із регістра станів фор­мують сигнали керування для виконання необхідних в даному такті мікрооперацій.

---

285

Окрім наведених вище компонентів пристрою керування, до його складу входить контролер послідовності сигналів керування, який отримує тактові імпульси з блоку синхроімпульсів, а також код режиму роботи комп'ютера. Він має два окремих режими роботи: звичайний режим та режим запуску комп'ютера. Контролер послідовності сиг­налів керування є ядром пристрою керування. Принципи його роботи будуть наведені далі при розгляді пристрою мікропрограмного керування.

8.2.2. Методи проектування пристрою керування з жорсткою логікою

Методи проектування пристрою керування з жорсткою логікою, які застосовуються на практиці, часто є спеціально створеними для побудови конкретного пристрою і ев­ристичними за природою, тому не можуть легко бути формалізованими. Для ілюстрації найбільш широко застосовуваних підходів, розглянемо три методи:

• Перший метод - це стандартний алгоритмічний підхід до проектування послідов­ніших схем. Його називають методом таблиць станів, оскільки передбачає побудову та­блиць станів пристрою керування.

• Другий метод є евристичним і ґрунтується на використанні тактованих елементів часової затримки для побудови часової діаграми керуючих сигналів.

• Спорідненим з другим є третій метод, який передбачає використання лічильників для побудови часової діаграми керуючих сигналів.

Перший метод є найбільш формалізованим і дозволяє застосувати методи мінімі­зації кількості вентилів та елементів пам'яті. Два інші методи є менш формалізовані і передбачають синтез пристрою керування з часової діаграми сигналів керування.

8.2.3. Пристрій керування на основі таблиць стан/в

8.2.3.1. Абстрактні автомати

Метод таблиць станів передбачає розгляд пристрою керування як цифрового авто­мату, тобто логічного пристрою, який забезпечує формування сигналів керування за відповідним алгоритмом з врахуванням своїх внутрішніх станів.

Цифровий автомат можна подати у вигляді його математичної (абстрактної) і струк­турної моделей, які відповідно називаються абстрактним та структурним автоматами. Абстрактну модель використовують на першому етапі проектування, коли описують функціонування автомату, тобто правила переробки вхідної інформації у вихідну. На цьому етапі автомат подається у вигляді "чорної скриньки". Розгляд абстрактної моде­лі цифрового автомату дозволяє проводити його попередню оптимізацію ще до етапу структурного синтезу. Структурну модель застосовують для побудови схеми цифрового автомату.

Абстрактним автоматом (математичною моделлю цифрового автомату) називають сукупність з п'яти об'єктів А = {X,S,Y,,X}, Де:

X = {х_i },і є 1,т - множина вхідних сигналів (вхідний алфавіт);

S = {s_j },j є 1, n - множина станів (внутрішніх) автомату (алфавіт станів автомату);

Y - {y_k },k є1,l- множина вихідних сигналів (вихідний алфавіт);

---

286

XxS —> S - функція переходів автомату. Функція переходів показує, що автомат, якнй перебуває у стані Sj при поданні вхідного стану х_i переходить в деякий стан s_p , тобтоS_p=(s_j,x_i)

XxS—>У - функція виходів автомату. Функція виходів показує, що авто­мат, який перебуває у стані S_j, при появі вхідного сигналу х_i видає вихідний сигнал

Абстрактний автомат має один вхідний канал і один вихідний канал (рис. 8.3).

В подальшому будемо використовувати так званий скінчений абстрактний автомат, в якого множина внутрішніх станів і множина вхідних сигналів (а, отже, й множина ви­хідних сигналів) є скінченими множинами, повністю визначений (детермінований) аб­страктний автомат, в якого функція переходів § і функція виходів X визначені для всіх пар (x_i , S_j), та ініціальний абстрактний автомат, в якого один із станів s₀ є S виділено як початковий стан, з якого автомат завжди починає роботу.

Отже, на абстрактному рівні функціонування цифровий автомат розглядається як перетворювач вхідних слів у вихідні слова, які складаються з букв вхідного і вихідного алфавіту. Внутрішні стани автомату - це інформація про минуле (передісторію) розви-. тку процесу керування вчасі. Вона дозволяє використати час як явну вхідну змінну. По­трібно відзначити, що абстрактний автомат функціонує в дискретному часі, а переходи з одного стану в інший проводяться миттєво.

Залежно від способу генерування значень вихідних сигналів розрізняють три типи автоматів: Мілі, Мура, С-автомат.

Автомат Мілі описується наступною системою рівнянь:

y(t) = (x(t)s(t))

s(t + l)=(x(t)s(t)).

Автомат Мілі можна представити у вигляді структурної схеми (рис. 8.4), вузли якої представляють відповідно функцію виходів , функцію переходів 8 і пам'ять станів S, та з'єднані між собою відповідними зв'язками. Значення на його виході в момент часу t визначається значенням в даний момент на його вході та його станом, а також функцією виходів. Стан автомату Мілі в момент часу t+1 визначається значенням в даний момент на його вході та його станом, а також функцією переходів.

---

287

Автомат Мура описується наступною системою рівнянь: y(i) = (s(t))

s(t+ l) = (x((t)s(t).

Автомат Мура також можна представити у вигляді структурної схеми (рис. 8.5), вуз-

ли якої представляють відповідно функцію виходів , функцію переходів і пам'ять станів S, та з'єднані між собою відповідними зв'язками.

---

Смотрите также файлы

• Екологія посібник.doc

• LR3_[5405].doc

• Питання до модуля 1 з АК.doc

• Питання до 1 модуля з КЕ.doc

• ДБН В.3.2-2-2009_Жил_здания_реконст_кап_ремонт.doc