Общие сведения об управляющих автоматах, построенных на основе принципа программируемой логики. Программно-вычислительный комплекс разработки эффективных форматов микрокоманд для различных способов кодирования. Алгоритмы кодирования операционной части.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

Функция любого управляющего автомата -- генерирование последовательности управляющих слов (микрокоманд), определенной реализуемым алгоритмом с учетом значений осведомительных сигналов. Если заранее разместить в запоминающем устройстве все необходимые для реализации заданного алгоритма (группы алгоритмов) микрокоманды, а потом выбирать их из памяти в порядке, предусмотренном алгоритмом (с учетом значения осведомительных сигналов), то получим управляющий автомат, структура которого слабо зависит от реализуемых алгоритмов, а поведение в основном определяется содержимым запоминающего устройства.

При проектировании управляющего автомата с программируемой логикой (УА) необходимо выбрать формат (форматы) микрокоманд (микрокоманды), способы кодирования микроопераций и адресации микрокоманд.

Эти параметры должны выбираться таким образом, чтобы максимально соответствовать решению поставленной задачи - упрощению реализации, снижению стоимости или же быстродействию управляющего автомата.

Выбор способа кодирования определяется требованиями к объему хранимых микрокоманд, быстродействию автомата, а также данным о количестве различных МК и МО в микропрограмме и ее структуре (степени разветвленности алгоритма).

Точных рекомендаций по выбору способа кодирования для каждой конкретной микропрограммы не существует и поэтому решения, принимаемые разработчиком, носят субъективный характер. Один из возможных подходов к решению этого этапа заключается в просмотре качественной и предварительной количественной оценке в соответствии с критерием оптимальности, нескольких вариантов кодирования. Однако этот путь связан со значительными трудозатратами. Определение формата МК позволяет уточнить принятые решения с помощью некоторых количественных оценок, в частности по разрядности операционной и адресной частей МК.

Дипломная работа посвящена разработке программно вычислительного комплекса предназначенного для разработки эффективных форматов микрокоманд для различных способов микропрограммирования.

В первом разделе изложена постановка задачи проекта, его основные цели, входные и выходные данные.

Во втором разделе дается обзор литературных источников, включающий общие сведения об управляющих автоматах, построенных на основе принципа программируемой логики, способах адресации микрокоманд, перечислены алгоритмы кодирования операционной части.

В третьем разделе изложен системный анализ объекта проектирования, выполненный в соответствии с девятью его принципами.

В четвертом разделе представлен вариантный анализ алгоритмов микропрограммирования в соответствии с выбранными критериями, такими как быстродействие, длина операционной части микрокоманды и сложность реализации формирователя сигналов микроопераций.

В пятом разделе рассматривается концептуальная модель программно-вычислительного комплекса, уделяется особое внимание определению объектов программирования и их атрибутам.

Шестой раздел посвящен описанию программы, включающий в себя описание основных классов, их полей и методов, а так же описание алгоритмов.

Седьмой раздел содержит результаты тестирования программно-вычислительного комплекса на различных примерах.

В восьмом разделе производится расчет основных технико-экономических обоснований проекта, доказывающих экономическую эффективность разрабатываемого проекта.

Девятый раздел посвящен охране труда. В этом разделе производится анализ условий труда в рабочем помещении и проводится расчет естественного освещения.

В десятом разделе, посвященном безопасность в чрезвычайных ситуациях, необходимо оценить радиационную обстановку на объекте при загрязнении радиоактивными веществами после аварии на АЭС.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Цель проектирования

Необходимо разработать программно-аппаратный комплекс, предназначенный для разработки эффективных форматов микрокоманд для различных способов микропрограммирования.

Программно-вычислительный комплекс должен следовать главным целям:

- кодирование набора микрокоманд с указанным списком микроопераций различными видами микропрограммирования;

- выдача характеристик форматов микрокоманд, таких как длина формата, сложность кодирования;

- выводить статистические данные в виде наглядных графиков.

Программно-вычислительный комплекс может быть использован на практических занятиях по дисциплине «Цифровые ЭВМ» в ВУЗах и в качестве тренажера для самостоятельной работы всех заинтересованных лиц.

1.2 Описание исходных данных

Входные данные представлены списком микрокоманд и входящих в нее микроопераций, перечисленных через запятую.

Пример записи:

Y1=y2,y7,y1,y9,y11,y5

Исходными данными к проекту являются схема алгоритма функционирования управляющего автомата, список и содержание микрокоманд, способы микропрограммирования. Критериями для вариантного анализа являются длина операционной части микрокоманды, сложность формирователя сигналов микроопераций, быстродействие.

1.3 Описание выходных данных

Конечная цель проектирования - создание программно-вычислительного комплекса, реализующего алгоритмы оптимизации структуры операционной части микрокоманд и вывод статистических данных на экран.

Выходные данные представляют собой следующее:

- список исходных незакодированных микроопераций;

- формат микрокоманд, закодированных одним из способов микропрограммирования;

- список булевых функций для ФСМО;

- список булевых функций для ФСМО, минимизированных для вертикального способа кодирования;

- статистические данные.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ТЕМЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1 Общие сведения об управляющих автоматах (УА), построенных на основе принципа программируемой логики

В основе идеи микропрограммирования (использования принципа «программируемой» логики) лежит тот факт, что для инициирования любой микрооперации (МО) или их совокупности достаточно сформировать управляющее двоичное слово, в котором каждый бит соответствует одному управляющему сигналу, инициирующему конкретную МО. Такое управляющее слово называют микрокомандой (МК). Последовательность МК, реализующих определенный алгоритм функционирования управляющего автомата (УА), образует микропрограмму (МП) [1].

Характерной особенностью УА с программируемой логикой является хранение МП в специализированном постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), называемом памятью микропрограмм (ПМП). Обобщенная структура УА с хранимой в памяти логикой изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Обобщенная структура УА с программируемой логикой

В состав устройства кроме ПМП входят:

- регистр микрокоманды (РМК);

- регистр адреса микрокоманды (РАМК);

- формирователь сигналов микроопераций (ФСМО);

- формирователь адреса микрокоманды (ФАМК).

Запуск микропрограммы выполнения того или иного вычислительного процесса осуществляется в результате подачи на РАМК «начального адреса» МП (адреса первой микрокоманды конкретной МП) и последующего выбора текущей МК по сигналу ЧтМК (чтение МК). Выбранная МК попадает на РМК.

Каждая МК в общем случае должна содержать операционную (М) и адресную (Х . А) части. Код операционной части поступает на ФСМО, на выходе которого формируются управляющие сигналы y1, y2,…, ym, инициирующие выполнение МО в обрабатывающем устройстве. Код адресной части МК состоит из двух полей. Первая часть адресного кода (X), задающая номер проверяемого логического условия, подается на ФАМК. Формирователь адреса среди поступивших на его информационные входы осведомительных сигналов x1, x2, …, xn выбирает xX (сигнал с номером, заданным полем X МК) и в зависимости от его значения (0 или 1) формирует адрес следующей исполняемой МК, который фиксируется в РАМК.

Кодовые комбинации в поле микроопераций (поле М) в микрокоманде могут быть сформированы в соответствии с тремя различными способами микропрограммирования:

- горизонтальным;

- вертикальным;

- смешанным [2].

2.2 Адресация микрокоманд

Исходными данными для проектирования УА является микропрограмма, представленная, например, в форме ГСА. Каждая операторная вершина должна реализоваться в один такт машинного времени, причем после операторной вершины в ГСА может следовать:

- операторная вершина;

- условная...