Организация операционной части

Проектирование ОЧ с использованием дискретных компонент уровня цифровых элементов и узлов малой и средней степени интеграции рекомендуется проводить в следующей последовательности этапов.

1. Алгоритмизация задачи.

2. Выбор или разработка структурной схемы.

3. Определение формата микроинструкции и системы микроинструкций.

4. Моделирование алгоритма в данной системе МИ, разработка микропрограммы.

5. Выбор системы элементов и отображение структурной схемы в функциональную схему в данной системе элементов.

6. Разработка временных диаграмм работы ОЧ на уровне функциональной схемы и их моделирование с целью проверки на правильность функционирования операционной части.

7. Разработка электрических принципиальных схем, по которым осуществляется макетирование, либо цифровое моделирование на инструментальных ЦВМ.

8. Разработка и испытание опытных образцов, переход к дальнейшим технологическим этапам.

После каждого этапа при получении отрицательных результатов требуется циклическая коррекция предыдущих этапов.

Алгоритм решения задачи может быть выбран среди ранее разработанных и опубликованных в печатных и электронных источниках либо может быть составлен проектировщиком самостоятельно. Независимо от формы представления алгоритма (формальное, содержательное, графическое) он должен обладать рядом признаков: дискретностью, общностью, направленностью, результативностью, конечностью.

Общепринятых формальных методов отображения алгоритма выполнения операции в структурную схему операционной части пока не существует. По этой причине разработчик составляет структурную схему, базируясь на собственном опыте (содержательный подход), либо выбирает структуру ОЧ исходя из анализа существующих решений. Автоматизированное проектирование ОЧ с помощью ЦВМ можно реализовать в режиме интерактивного циклического процесса путём моделирования возможных вариантов структуры. Для описания структурных схем используются алгоритмические языки DDL, SDL, АНРL, САSSАNDRЕ и другие.

Ниже будут рассмотрены примеры структурного проектирования ОЧ, более низкие уровни проектирования затрагиваются при курсовом проектировании.

Пример структурной организации ОЧ для выполнения логических операций

Подобные ОЧ относятся к наиболее простым функциональным устройствам, структурная схема алгоритма работы которых может быть подобна представленной на рис. 6.

Вершину 1 можно реализовать, используя регист–ры-защёлки (для реализации многоместных операций потребуется соответствующее количество регистров). Для выполнения логической операции (вершина 2) требуется выбрать соответствующий цифровой узел (блок конъюнкторов, дизъюнкторов, сумматор по модулю два и т.д.). Для сохранения результата (вершина 3) можно использовать регистр, но в отличие от входных регистров, у него желательно иметь отключаемый выход, так как выходная шина ОЧ может подключаться к магистрали, к которой присоединены выходные шины других ОЧ. Вершина 4 реализуется простым стробированием выходных усилителей регистра результата.

На рисунке 7 приведён вариант структурной схемы ОЧ, способной выполнить рассмотренный алгоритм.

В качестве входных регистров используются параллельные n-разрядные регистры РгА и РгВ с неотключаемым выходом. Эти регистры могут быть различных типов, например, с начальным сбросом по сигналам микроопераций (МО) C1, D1 и параллельным приемом (C2, D2) либо с параллельной записью без начальной установки. Требуемый набор логических операций выполняется в комбинационном блоке логических операций (БЛО). Каждая операция активизируется по соответствующей микрооперации (E1, E2,... и т.д.). Комбинационный блок не хранит результата, поэтому для двуместных операций он должен иметь две параллельные входные шины. Результат на выходе БЛО присутствует, пока на входах есть операнды и сигнал микрооперации. Поэтому для сохранения результата необходим выходной регистр РгС, который, в отличие от входных регистров, будет иметь дополнительную микрооперацию F3 – открытие выхода.

Логика работа и последовательность действий ОЧ описываются граф-схемой алгоритма (ГСА) в системе микроинструкций. Для этой цели предварительно составляются таблицы расшифровки МО (табл. 1) и таблица описания ЛУ. В данном примере таблица описания логических условий отсутствует, так как в
исходном алгоритме нет условных вершин.

Таблица 1

МО	Описание
D1,C1, F1	Сброс регистра
D2, F2,C2	Запись в регистр
F3	Чтение с открытием выхода РгС
Ei	i-я операция (i = 1 . . . k)

Микроопераций ОЧ

Каждая вершина ГСА (рис. 8) соответствует одному микрокомандному циклу, а весь граф соответствует микропрограмме. Отображение исходного алгоритма в ГСА неоднозначно и зависит от выбранных систем элементов и структуры. В нашем случае регистры требовали начального сброса (вершина 1). Ввод операндов разнесен на две вершины (2 и 3), что связано со структурой подключения входной шины, по которой невозможно сразу передать два параллельных операнда. В то же время, в 3-ей вершине ГСА, учитывая возможности элементов и узлов, ввод второго операнда совмещен с выполнением операции и фиксацией результата.

Каждая вершина ГСА содержит сигналы МО из поля микроинструкций соответствующей микрокоманды. Если этих сигналов несколько в микроинструкции, то говорят о совместных микрооперациях, которые могут быть выполнены в одном микрокомандном цикле. Если одна, то микрооперация несовместна и не реализуется в ОЧ в одном цикле с другими МО.

Пример реализации ОЧ для суммирования чисел с фиксированной

запятой в прямых кодах

Структурная схема алгоритма операции суммирования приведена на рис.9. В ней содержатся как операторные, так и условные вершины. Следовательно, в ОЧ кроме основного результата должны будут формироваться и сигналы логических условий.В качестве ЛУ могут быть использованы значения конкретных битов на входных и