Лабораторная работа по ОФЭВМ №5
.doc
Министерство образования Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
Синтез операционного устройства,
для заданных операций.
Методические указания к лабораторной работе
по курсу «Организация ЭВМ и систем»
для студентов специальности 220400
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов, 2003 г.
Введение
Данная лабораторная работа рассчитана на 4 аудиторных часа и ещё на четыре часа самостоятельной работы по изучению литературы и подготовке отчёта.
Объект исследования - операционные устройства, реализующие заданные три операции. Цель исследования состоит в построении логической схемы операционного устройства, состоящего из управляющего П-автомата и операционного М-автомата. Метод исследования базируется на использовании графов заданных операций и формальных процедурах построения автоматов. Характер исследований состоит в сочетании известных методов синтеза с самостоятельностью в разработке алгоритмов заданных операций.
1. Содержание работы
Система команд любой ЭВМ включает в себя множество операций, реализуемых заданными командами. Выполнение команды разбивается на несколько этапов: выборка команды из памяти, выборка операндов из памяти, выполнение заданной операции и рассылка результатов. Все этапы, так или иначе стандартизированы, за исключением собственно выполнения операции. Поэтому в данной работе мы рассматриваем только этап выполнения операции. Будем полагать, что содержательные графы операций нам известны. Операционное устройство состоит из управляющего и операционного автоматов, ни один из которых самостоятельно не может реализовать выполнение операции. Эти автоматы функционируют совместно. Операционный автомат выполняет микрокоманды под управляющими сигналами П- автомата и выдаёт в свою очередь осведомительные сигналы для него.
Будем полагать, что содержательные графы операций нам известны, и мы можем составить программы работы П-автомата для его известной структуры с принудительной адресацией. Затем отдельно строится операционный М-автомат для заданных операций, и эти два автомата согласуются между собой по управляющим и осведомительным сигналам.
После чего мы получаем общую логическую схему операционного устройства, работа которого легко проверяется с помощью известных графов заданных операций.
2. Задание по работе
-
Построить содержательные графы трёх операций.
-
Выбрать структуру П-автомата с принудительной адресацией для двухадресного или одноадресного форматов команд.
-
Закодировать управляющие сигналы.
-
Оценить разрядность полей в выбранном формате команд.
-
Составить программу генерации управляющих сигналов для заданных операций для П-автомата.
-
Составить таблицы для М-автомата.
-
Согласовать управляющие сигналы для П-автомата и управляющие сигналы для М-автомата.
-
Построить М-автомат.
-
Согласовать осведомительные сигналы для П-автомата с осведомительными сигналами, формируемыми М-автоматом.
-
Построить операционное устройство.
-
Составить отчёт по работе.
3. Задание по УИР
Запрограммировать выполнение трёх заданных операций на универсальном языке программирования высокого уровня, отображая двоичные коды в виде одномерных массивов соответствующей длины.
Составить контрольные примеры.
4. Варианты заданий
В качестве варианта задания следует взять уже выполненный студентом вариант задания из работы «Синтез операционных автоматов».
5. Методические указания
Данная лабораторная работа предусматривает синтез управляющего П-автомата и операционного М-автомата, которые вместе составляют операционное устройство. Поэтому необходимо воспользоваться методическими указаниями к работам «Программируемые управляющие автоматы» и «Синтез операционных автоматов».
Особенностью данной работы является то, что в операционном устройстве эти два автомата должны быть согласованы по управляющим и осведомительным сигналам. Наибольшую сложность составляет согласование управляющих сигналов.
Пусть нам заданы три графа операций в содержательных вершинах.
Рассмотрим проблему синтеза управляющего П-автомата в части кодировки управляющих сигналов.
Для синтеза управляющего автомата операторные вершины графа обозначаются через Y. Если в пределах одного графа есть одинаковые операторные вершины, то они обозначаются по разному, например, с добавлением штрихов: Y. В пределах нескольких графов одинаковые операторные вершины обозначаются идентично. При этом если какие-то микрооперации могут быть выполнены одновремённо за один такт, то в графе две операторные вершины объединяются в одну операторную вершину с одним обозначением через Y.
С=А+В
с=а+в
d=d+1
Y1
(у1, у2)
d=d+1
Y2
Но если управляющий сигнал Y будет подаваться в разные части операционного автомата, то сигнал Y разбивается на несколько управляющих сигналов, которые обозначаются через у, вырабатываются одновременно и подаются каждый на свой участок схемы операционного автомата. Замена Y на y означает распараллеливание в работе управляющего автомата и повышает его производительность. С целью устранения путаницы, все управляющие сигналы Y заменяются на у, при этом там, где есть распараллеливание, одному Y будет соответствовать несколько у. Для у составляют таблицу соответствий управляющим сигналам а, в, d и .
Осведомительные сигналы Х согласуются тривиальным образом.
Объединение графов операций. Графы заданных операций для П-автомата объединять формальными методами не следует, поскольку минимизация операторных и условных вершин в объединённом графе сократит объём ПЗУ в П-автомате, а это несущественно, так как стоимость ПЗУ мала, а объёмы ПЗУ, как правило, больше требуемого.
Для операционного автомата составляются таблицы слов и прочее с учётом всех заданных графов, поэтому их опять объединять в один не следует.
6. Содержание отчёта
-
Титульный лист.
-
Вариант задания.
-
Графы заданных операций.
-
П-автомат выбранной структуры.
-
Программы для П-автомата.
-
Все таблицы для М-автомата.
-
Логическая схема М-автомата.
-
Логическая схема операционного устройства.
-
Программа, моделирующая алгоритмы выполнения заданных операций.
-
Выводы по работе.
7. Контрольные вопросы
-
В чём назначение управляющего автомата?
-
Как распараллеливается выполнение микроопераций с помощью управляющего автомата?
-
Какие структуры П-автоматов Вы знаете?
-
Какие типы операционных автоматов Вы знаете?
-
Какие таблицы необходимо составить при синтезе М-автомата?
-
В чём преимущества М-автомата перед другими операционными автоматами?
-
Из чего состоит операционное устройство?
-
Как функционирует ПЗУ?
-
Как увеличить производительность операционного устройства?
Литература
-
Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин. -Л.: Машиностроение, 1974 г.
-
Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура электронных вычислительных машин.-Л.: Машиностроение, 1979 г.
-
Голембиовский Ю.М. Функциональная и структурная организация операционных автоматов. Конспект лекций. Саратов, СПИ, 1980 г.