Организация операционных устройств
Под операционным устройством (ОУ) понимается функциональная часть ЦВМ, способная выполнять машинные операции. Машинная операция – операция, определяемая командой.
Типовые машинные операции:
– арифметические;
– логические;
– пересылки;
– передачи управления;
– управления;
– ввода/вывода и др.
Таким образом, под определение операционного устройства подпадают любые функциональные блоки, реализующие перечисленные операции.
Модель
ОУ представлена на рис. 5. 
Любое
ОУ состоит из операционной части (ОЧ),
предназначенной для непосредственного
преобразования двоичных кодов, и
управляющей части (УЧ), хранящей
управляющую информацию в виде микропрограмм
(МП). Подмикропрограммой
понимается функционально завершенная
совокупность микрокоманд, описывающих
алгоритм выполнения заданной операции.
Микрокоманда
– управляющее слово, содержащее поле
микроинструкции (МИ), определяющей
действия ОЧ в текущем микрокомандном
цикле, поле управления анализом возможных
логических условий (ЛУ), возникающих в
ходе работы ОЧ, и адресные поля, содержащие
адресную информацию по выборке следующей
микрокоманды.
В целом ОУ функционирует следующим образом:
В начале командного цикла ОУ воспринимает код операции (КОп) от устройства командного управления ЦВМ.
Активизирует в УЧ соответствующую микропрограмму и начинает автоматически генерировать последовательность МК данной МП.
На выполнение каждой МК отводится один микрокомандный цикл, в ходе которого УЧ передает к ОЧ поле микроинструкции текущей микрокоманды. МИ, поступающие на ОЧ, состоят из микроопераций, каждая из которых управляет элементарными действиями в определенном узле или элементе (регистре, сумматоре, блоке вентилей и т.п.).
В соответствии с МИ операционная часть выполняет требуемые действия над внешними операндами из множества {А}, внутренними хранимыми операндами из множества {В}, формирует соответствующий результат как элемент множеств {А} или {В} и логические условия из допустимого множества условий {ЛУ}.
В зависимости от содержимого адресных полей, полей управления анализом и конкретного значения текущих (незадержанных) или ранее полученных и хранимых (задержанных) ЛУ в УЧ формируется адрес выборки следующей микрокоманды. Адрес формируется с применением одного из существующих методов адресации. На этом текущий микрокомандный цикл работы ОУ завершается.
Количество микрокомандных циклов определяется длиной исполняемой ветви микропрограммы. Последний выполненный цикл завершает выполнение микропрограммы. Соответственно заканчивается и командный цикл ОУ.
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.
Алгоритмизация задачи.
Выбор или разработка структурной схемы.
Определение формата микроинструкции и системы микроинструкций.
Моделирование алгоритма в данной системе МИ, разработка микропрограммы.
Выбор системы элементов и отображение структурной схемы в функциональную схему в данной системе элементов.
Разработка временных диаграмм работы ОЧ на уровне функциональной схемы и их моделирование с целью проверки на правильность функционирования операционной части.
Разработка электрических принципиальных схем, по которым осуществляется макетирование, либо цифровое моделирование на инструментальных ЦВМ.
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.