UA / Постников А.И. Лаб раб Упр Авт
.pdfрой хранится микрокоманда инициирующая выполнение микроопераций у2. Если х1 = 1, адрес следующей микрокоманды выбирается из поля А1. В этой ячейке находится микрокоманда, в которой инициируется выполнение совместимых микроопераций у1 и у5.
Из ячейки памяти с адресом 001 осуществляется безусловный переход (СХ = 11) по полю А1 – на микрокоманду с адресом 110.
В микрокоманде с адресом 010 выдаѐтся выходные сигналы у1 и у5 и выполняется безусловный переход по счѐтчику (СХ = 00) на следующую микрокоманду. Поэтому поле А1 содержит ***, т. е. разряды этого поля могут принимать любое значение.
|
|
Таблица 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
СХ |
Выход |
|
Адрес |
СХ |
|
А |
|
|
|
Y |
|
|
|
|
||||
1 |
0 |
МХХ |
|
ПЗУ |
1 |
0 |
а2 а1 а0 |
у1 у2 у3 у4 у5 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
"0" |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 1 |
х1 |
|
0 0 1 |
1 1 |
1 1 0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
||||||
1 0 |
х2 |
|
0 1 0 |
0 0 |
* * * |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
||||||
1 |
1 |
"1" |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
* * * |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
1 0 0 |
1 0 |
1 1 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
1 0 1 |
1 1 |
0 1 0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
1 1 0 |
0 0 |
* * * |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
1 1 1 |
1 1 |
0 0 0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|||||
В микрокоманде с адресом 100 производится опрос входного сигнала х2. Если х2 = 0, управляющий автомат переходит на микрокоманду с адресом 101, в которой выполняется безусловный переход по полю А1 (СХ = 11). В этом поле указан адрес микрокоманды отмеченной символом а2.
Включение дополнительных пустых операторных вершин приводит к увеличению времени выполнения микропрограммы и, следовательно, к уменьшению производительности автомата.
Для вертикального кодирования операционной части микрокоманды требуется выполнить те же самые действия, что и для управляющего автомата с принудительной адресацией.
1.6Блок микропрограммного управления на ИС К1804ВУ2
1.6.1СОАМ К1804ВУ2
Создание интегральной схемы (ИС), представляющей собой схему определения адреса следующей микрокоманды (СОАМ) К1804ВУ2, явилось дальнейшим развитием автоматов с программируемой логикой.
Микросхема К1804ВУ2 представляет собой четырѐхразрядную секцию управления адресом микрокоманд и предназначена для работы в составе блоков микропрограммного управления (БМУ) центральных процессоров микроЭВМ, контроллеров и других устройств. Наращивание разрядности позволяет адресовать ПЗУ микрокоманд практически любой ѐмкости.
Микросхема имеет: четыре источника адреса следующей микрокоманды (внешний прямой вход, внутренний регистр адреса, регистр-счѐтчик, стек); возможность возврата к нулевому адресу; возможность вложения подпрограмм с помощью стека глубиной четыре слова.
Условное графическое обозначение микросхемы К1804ВУ2 приведено на рис. 14, а структурная схема – на рис. 15.
Назначение выводов микросхемы следующее: С0 – входной перенос в счѐтчик микрокоманд; D3–D0 – прямые входы адреса;
FE – разрешение управления сте-
ком;
PUP – управление стеком; |
|
|
|
C0 |
|
C4 |
|
|
||
S1–S0 – входы выбора адреса; |
|
|
|
MS |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
D0 |
|
|
|
||||
ZA – вход |
установки нулевого |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
адреса; |
|
|
|
|
|
D1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
D2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
RE – вход разрешения записи в |
|
|
|
D3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
регистр адреса; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FE |
|
|
|
|
||
С4 – выходной перенос счѐтчика |
|
|
|
|
A0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
PUP |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
микрокоманд; |
|
|
|
|
|
|
A1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
А3–А0 – выходы адреса следую- |
|
|
|
S1 |
|
A2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
S0 |
|
A3 |
|
|
|||
щей микрокоманды. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
ZA |
|
|
|
|
|||
В |
состав |
микросхемы входят |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
следующие основные функциональные |
|
|
|
RE |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
узлы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
блок выбора адреса (БВА); |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
регистр адреса (РА); |
|
|
|
OE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
счѐтчик микрокоманд (СМК); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
стек (СТ); |
|
Рис. 14. Условное графическое |
||||||||
|
буферная схема адреса (БА). |
|
обозначение К1804ВУ2 |
|||||||
БВА представляет собой четы- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
рѐхвходовый четырѐхразрядный муль- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
типлексор, работа которого зависит от состояния управляющих входов S1 и S0. Кроме того, в состав БВА входят элементы, обеспечивающие передачу на выходные шины сигнала ZA (нулевой адрес).
Таблица коммутации информации поступающей на БВА приведена в табл. 9.
Регистр адреса (РА) представляет собой четырѐхразрядный регистр, построенный на D-триггерах. Запись информации в него происходит по на-
растающему фронту тактового сигнала Т при наличии сигнала разрешения со входа RE. Информация в РА записывается с прямых входов адреса (D3–D0). Если на RE = 0, то адрес микрокоманды записывается в РА. Если RE = 1 – в РА хранится последний записанный адрес микрокоманды.
S1-S0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ZA |
4 |
|
|
|
|
D3-D0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RE |
РА |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
БВА |
БА |
A3-A0 |
|
|
|
|
|||
FE |
|
4 |
|
|
|
PUP |
|
|
|
|
|
СТ |
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
C0 |
СМК |
|
|
|
C4 |
|
|
|
|
|
|
OE |
|
|
|
|
|
|
Рис. 15. Структурная схема К1804ВУ2 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 9 |
|
|
|
Сигналы |
Адрес микрокоманды, |
|
на входах |
передаваемый БВА |
|
S1 S0 |
от источника |
|
0 |
0 |
Счѐтчик микрокоманд |
0 |
1 |
Регистр адреса |
1 |
0 |
Стек |
1 |
1 |
Прямые входы адреса D3–D0 |
Счѐтчик микрокоманд (СМК) имеет четыре разряда. Запись информации в СМК производится по нарастающему фронту сигнала Т. Работа СМК зависит от состояния сигналов С0 и Т. Если С0 = 1, то в СМК запишется адрес микрокоманды, присутствующий в данный момент на выходе БВА, плюс 1. Если С0 = 0, то адрес микрокоманды в СМК не изменяется. Выходной сиг-
нал переноса С4 = 1 появляется тогда, когда на всех выходах СМК тоже логические единицы.
Стек (СТ) – внутренняя память СОАМ. Он состоит из накопителя ѐмкостью 4 4 бит. Информация в стек записывается из СМК. Работа стека зависит от состояния входов FE и PUP. Стек организован по принципу памяти магазинного типа. Стек может работать в трѐх режимах, которые отражены в табл. 10.
|
|
Т а б л и ц а 10 |
|
|
|
Сигналы |
|
|
на входах |
Состояние стека |
|
FE PUP |
|
|
1 |
* |
Чтение с хранением |
0 |
1 |
Запись информации |
0 |
0 |
Чтение без хранения |
Врежиме "Чтение с хранением" считывается информация из вершины стека. Содержимое стека не изменяется.
Врежиме "Чтение без хранения" информация, содержащаяся в вершине стека, считывается, а на еѐ место в вершину стека записывается информация из глубины стека.
Врежиме "Запись информации" в вершину стека записывается информация с выхода СМК. Та информация, которая находилась в стеке ранее, переписывается вглубь стека.
Буферная схема адреса (БА) имеет три состояния. Работой БА управляет вход разрешения выбора адреса ОЕ. Если на входе ОЕ присутствует 1, то выходы А3–А0 находятся в высокоомном состоянии. Если на входе ОЕ – 0, то БА передаѐт на выходные шины адрес микрокоманды, определяемый БВА.
|
|
Таблица 11 |
|
|
|
Сигналы |
Адрес микрокоманды, |
|
на входах |
передаваемый БВА |
|
ZA OE |
от источника |
|
* |
1 |
Состояние "Отключено" |
0 |
0 |
"0000" |
1 |
0 |
Адрес микрокоманды из БВА |
Вход ZA позволяет легко переходить к нулевому адресу. Если на входе ZA логический 0, то выходы А3–А0 обнулены независимо от адреса микрокоманды, передаваемого БВА. Описание работы входов ОЕ и ZA приведено в табл. 11.
1.6.2 УА на СОАМ К1804ВУ2
Так как в составе СОАМ имеется счѐтчик микрокоманд (СМК), то управляющий автомат, построенный на микросхеме К1804ВУ2, будет относиться к УА с естественной адресацией. Однако широкие возможности выбора адреса следующей микрокоманды позволяют обойтись без включения в ГСМ дополнительных пустых операторных вершин.
Один из возможных вариантов структурной схемы УА на СОАМ К1804ВУ2 представлен на рис. 16.
|
|
|
C0 |
C4 |
|
|
|
|
|
MS |
|
|
|
|
D0 |
|
|
|
|
|
D3 |
|
|
|
|
―1‖ |
FE |
|
|
|
|
|
PUP |
A0 |
|
―0‖ |
0 MUX |
|
|||
|
A ПЗУ D |
||||
x1 |
1 |
X |
S1 |
||
A3 |
|||||
|
|
S0 |
|||
|
|
|
|
||
xm |
nx |
|
ZA |
|
|
―1‖ |
|
RE |
|
||
|
|
|
|
||
|
Z |
|
|
|
|
|
|
C |
T |
|
|
|
|
―0‖ |
OE |
|
|
1C0 
D
RgMK
Y 
Y
CX
s4
Рис. 16. Структурная схема УА на СОАМ К1804ВУ2
Выбранный на мультиплексоре МUХХ входной сигнал поступает одновременно на два управляющих входа S1 и S0. В зависимости от значения входного сигнала осуществляется переход на один из двух возможных адресов, выбираемых БВА, – либо из СМК (при хi = 0), либо из поля D микрокоманды (при хi = 1).
Формат микрокоманды состоит из четырѐх полей и представлен на рис. 17.
C 0 |
1 CX nx |
1 |
D na |
1 |
Y |
ny |
Рис. 17. Формат микрокоманды для УА рис. 16 |
|
|||||
Поскольку в структурной схеме УА на СОАМ К1804ВУ2 используется счѐтчик микрокоманд, то разрядность полей микрокоманды определяется так же, как для УА с естественной адресацией. Отличием является введение в
микрокоманду поля С0, позволяющего модифицировать адрес перехода. Микропрограмма, реализующая ГСМ рис. 6, для УА на СОАМ
К1804ВУ2, изображѐнной на рис. 16, должна быть точно также дополнена пустой операторной вершиной, приведена в табл. 12. правило разметки ГСМ также совпадает с правилом разметки ГСМ для УА с естественной адресацией. Отличие данной микропрограммы от микропрограммы для УА с естественной адресацией (табл. 8) заключается в том, что в неѐ добавлен столбец C0. Для определения выбора хi воспользуемся табл. 7.
Таблица 12
Адрес |
С0 |
СХ |
|
|
D |
|
|
|
Y |
|
|
|
ПЗУ |
|
1 |
0 |
d0 d1 d2 d3 |
y1 y2 y3 y4 y4 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 0 0 |
1 |
0 1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 0 1 |
* |
1 1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 1 0 |
1 |
0 0 |
* * * * |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
||||
0 1 1 |
1 |
0 0 |
* * * * |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
||||
1 0 0 |
1 |
1 0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 0 1 |
* |
1 1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 1 0 |
1 |
0 0 |
* * * * |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
||||
1 1 1 |
* |
1 1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
C0 = 1 в микрокоманде с адресом 000 показывает, что если опрашиваемый сигнал х1 = 0 (СХ = 01), то к текущему адресу, находящемуся в СМК, прибавляется 1 и осуществляется переход на микрокоманду с адресом 001.
В микрокоманде с адресом 100 опрашивается входной сигнал х2. Если х2 = 0, то к содержимому СМК прибавляется разряд, находящийся в поле C0, т. е. 1 и, следовательно, будет осуществлѐн переход на микрокоманду с адресом 101, а из этой микрокоманды будет выполнен безусловный переход по полю D на ячейку ПЗУ с адресом 0010. Значение поля С0 в данной микрокоманде неважно.
Значение поля С0 может быть полезно если ГСМ имеет в своѐм составе условную вершину один из выходов которой соединѐн с еѐ входом (рис. 18).
0 Xi
1
Рис. 18. Фрагмент ГСМ
В этом случае, в микрокоманде, в которой производится опрос входного сигнала Xi можно установить значение поля С0 = 0 и при поступлении очередного тактового импульса на вход Т к счѐтчику микрокоманд единица прибавлена не будет и УА останется в той же самой микрокоманде, т.е таким образом можно избежать введения в ГСМ пустой дополнительной операторной вершины.
Использование регистра адреса (РА) и стека (СТ) СОАМ даѐт дополнительные возможности модификации адреса микрокоманды, т.е. имеется возможность при ветвлении выбирать не из двух возможных адресов следующей микрокоманды, а из четырѐх.
Так как СОАМ является четырѐхразрядной секцией, максимальное число адресов, к которым она может адресоваться, равно 16. В случае если для микропрограммы требуется большее число адресов, две или более ИС К1804ВУ2 могут быть соединены последовательно. Так, при последовательном соединении двух СОАМ К1804ВУ2 будем иметь восемь разрядов адреса и возможность адресации к 256 ячейкам памяти.
Для вертикального кодирования операционной части микрокоманды требуется выполнить те же самые действия, что и для управляющего автомата с принудительной адресацией.
2 Эмулятор УА с программируемой логикой
Программный продукт, эмулирующий работу управляющего автомата
спрограммируемой логикой состоит из:
собственно программы-эмулятора EMULATOR.EXE;
папки VAR, в которой в закодированном виде находятся эталоны вариантов микропрограмм;
папки WORK, предназначенной для записи файлов с микропрограммами. В эту папку по умолчанию будет сохранѐн файл с составленной микропрограммой.
Программа-эмулятор позволяет проверять микропрограммы для УА с принудительной адресацией, с естественной адресацией и для БМУ на основе СОАМ К1804ВУ2, составленные студентом на соответствие с эталоном, который был заранее введѐн преподавателем. Таким образом, студент, согласно выданному варианту ГСМ составляет микропрограмму, вводит еѐ в рабочее окно эмулятора и проверяет правильность функционирования составленной им микропрограммы.
После запуска программы-эмулятора на экране появляется рабочее окно (рис. 19), состоящее из трѐх вкладок:
УА с ПА (управляющий автомат с принудительной адресацией);
УА с ЕА (управляющий автомат с естественной адресацией);
БМУ на СОАМ К1804ВУ2.
Рис. 19. Рабочее окно программы-эмулятора
Основное меню программы-эмулятора микропрограммных автоматов состоит из трѐх пунктов:
"Файл";
"Выполнить";
"Помощь".
При выборе пункта меню "Файл" открывается подменю показанное на рис. 20.
Рис. 20. Подменю пункта Файл
С помощью пунктов этого подменю можно выполнять следующие действия:
очистка таблиц микропрограммы и кодировки мультиплексора входных сигналов (пункт "Новый");
открытие ранее сохранѐнной в файле микропрограммы ("Открыть");
сохранение введѐнной микропрограммы в виде файла в папку WORK
сприданием ему по умолчанию расширения .UAP – для УА с принудительной адресацией, .UAE – для УА с естественной адресацией и .BMU – для УА на основе СОАМ К1804ВУ2 (пункт подменю "Сохранить");
сохранение введѐнной микропрограммы в виде файла в любую выбранную папку с приданием ему по умолчанию тех же расширений ("Сохранить как…").
При выборе пункта основного меню "Выполнить" на экране появляется окно выбора варианта (рис. 21).
Рис. 21. Выбор номена варианта
После установки варианта и нажатия кнопки "Ok" начинается выполнение введѐнной микропрограммы и сравнение еѐ работы с эталоном. Если микропрограмма составлена правильно окно символьного описания ГСМ заполняется полностью и никаких сообщений на экран не выводится (рис. 22).
Рис. 22. Результат работы эмулятора при правильно составленной микропрограмме
В случае, если микропрограмма была составлена неправильно, то при первом же расхождении с эталоном проверка введѐнной микропрограммы останавливается и на экране дисплея появляется сообщение об ошибке (рис. 23). Здесь показано, что при комбинации входных сигналов х3 = 1, х2 = 0 и х1 = 0 УА выдает следующую последовательность выходных управляющих сигналов Y: y2; y4; y5. Поскольку выполнение введѐнной микропрограммы остановилось (появилось сообщение об ошибке) на выдаче сигнала y5, это означает, что согласно эталону должен был выдаваться не сигнал y5, а ка- кой-то другой сигнал обусловленный ГСМ.
Рис. 23. Фрагмент рабочего окна эмулятора при возникновении ошибки
При выборе пункта основного меню "Помощь" открывается соответствующее этому пункту подменю, пункты которого позволяют:
посмотреть краткую информацию по управляющим автоматам с программируемой логикой и принципам работы с эмулятором (пункт "Вызов справки");
посмотреть структурные схемы управляющих автоматов с принудительной адресацией, с естественной адресацией и на основе СОАМ К1804ВУ2 (пункты "Схема УА с ПА", "Схема УА с ЕА" и "Схема БМУ на СОАМ");
посмотреть информацию о создателях данной программы (пункт подменю "О программе").
Рассмотрим последовательность действий при выполнении лабораторных работ с эмулятором микропрограммных автоматов на примере работы с вкладкой УА с ПА. Работа с эмулятором состоит из следующих этапов.
1. Вариант ГСМ, выданный студенту, необходимо разметить в соответствии с правилами, приведѐнными выше.