Каноническая структура ОА.

ОА оцениваются параметрами: 1) производительность; 2) быстродействие; 3) сложность (затраты оборудования); 4) однородность (регулярность структуры) – характеризуется количеством однотипных элементов и связей между ними. Чем проще элемент и проще связь, тем степень однородности выше.

Структура ОА определяется классом решаемых на нем задач.

Задача -> {методы решения} -> алгоритм -> {набор операций Q1(аппаратно-микропрограммным путем) и Q2(программным путем)} -> {микропрограммы} -> {микрокоманды} -> {микрооперации}

Состоянием ОА ставится в соответствие запоминающая часть (S), а множеству микроопераций – множество комбинационных схем. S – множество слов операционного автомата (I -входных, L-выходных, O-промежуточных).{S1,S2,...,SN}

Y – множество микроопераций {ym}={Sk=jk(S1,S2,...,SN)}, где jk – некоторая вычислимая функция

X – множество осведомительных сигналов, X={XL}={yL (S1,S2,...,SN)}, где yL – некоторая комбинационная схема.

Структура ОА синтезируется следующим образом:

1) Словам S1,S2,...,SN, описывающих внутреннее состояние, ставятся в соответствие регистры S1,S2,...,SN с разрядностью n1,n2,...,nN , которые равны длине слова операционного автомата. Если в словах есть поля, то в структурной схеме ОА выделяют регистры (подрегистры).

2) Словам Sd1,Sd2,...,Sdm (входным) ставятся в соответствие входные полюсы d1,d2,...,dm. Каждому внутреннему слову ставится в соответствие регистр, полюс с регистром соединяется шиной.

3) Выходные слова Sr1,Sr2,...,SrQ ставятся в соответствие выходным полюсам r1,r2,...,rQ.

4) Каждой микрооперации ставится в соответствие комбинационная схема Ym: S1=jm{ S1,S2,...,SN}

5) Каждому логическому условию, так же ставится в соответствие комбинационная схема XL: yL{ S1,S2,...,SN }

 

Определение: структура ОА, полученная путем замены каждого элемента функции (слова микрооперации и логического условия) соответствующими элементами структурного базиса (регистрами, комбинационными схемами) является основополагающим для синтеза структур ОА и называется канонической структурой.

Эта структура имеет следующий вид:

 

 
 

 

Производительность, быстродействие и сложность у данной схемы максимальны.

 

Пути сокращения затрат оборудования: 1) реализовать однотипные микрооперации на одних и тех же комбинационных схемах (Эквивалентные комбинационные схемы); 2)объединить комбинационные схемы по каждому элементу памяти (регистры).

 

I - автоматы.

Их производительность не ниже канонической, а затраты оборудования минимальны.

 
 

 

Hi – код управления схемой j1.

На этой схеме комбинационные схемы состояний не показаны.

Элементы однотипные, структура однородна – это ОА с распределением микроопераций.

Микрооперации ОА, которые не могут быть выполнены одновременно, называются несовместимыми. Например, запись числа в регистр и чтение из этого регистра необходимо разделить во времени.

В каждый момент времени может быть выполнено N операций в канонической структуре: Wk=Nмо/tk. Производительность I – автомата WI=Nмо/tI, причем tI ³ tk. Сложность Слк>СлI.

 

М – автоматы.

Ели взять все комбинационные схемы I – автомата и объединить в одну комбинационную схему, то получится следующая структура: Z=Ф(H,A,B)=ФH(A,B)

 
 

 

Z – выходной сигнал комбинационной схемы



Для данной схемы WM=1/tM; tM>tI; СлМ<СлI.

 

Характеристики промежуточных вариантов автоматов можно представить в виде графика:

 

Все IM – автоматы делятся на классы, характеризуемые степенью обобществления комбинационной частью ОА.

 

 

IM – автоматы с параллельной комбинационной частью:


В данном случае все операции делятся на унарные (один операнд) и бинарные (два операнда). WIM=2/tIM; tIM<tM; СлIM>СлM.

 

IM – автоматы с последовательной комбинационной частью.

 
 

 

 


S – автоматы.

 

 


 

 

Пунктиром выделена дополнительная загрузка. КС сосредоточена в одном месте, есть ЗУ для массивов информации.

Работа автомата: по управляющим сигналам а1 и а2 числа записываются в S1 и S2, а по сигналам b1 и b2 передается на вход КС. Управляющий сигнал jк осуществляет выбор одной из м/о, реализуемой КС. В 1-ом такте по адресу А число выбирается в S1 из ЗУ, во втором такте – из ЗУ в S2. В третьем такте содержимое обоих регистров S1 и S2 (или одного из них) поступает на вход КС. Результат дописывается в ЗУ. Главная задача: сокращение тактов на выполнение одной м/о. Для этого : 1)вводят дополнительные регистры S3...Sm, чтобы совместить такт выборки слова из ЗУ с исполнением очередной м/о; 2)вводится дополнительная загрузка, S2 – итоговый регистр (аккумулятор); 3)содержимое ЗУ подается на вход КС минуя элементы памяти.

В общем случае м/о реализуется за 3 такта, а введение указанных способов ускорения снижает время выполнения до 2-х и 1-го тактов.

 

На характеристики ОА существенным образом влияют:

1. Линии связей.

2. Тактирование ОА.

1.1 Линии связей магистрального типа.

Достоинства: а) простота; б)малые затраты оборудования.

Недостатки: а) в каждый момент времени информация передается между одним источником и одним или несколькими получателями.

Если разрядность шины 32, Fцикла =100МГц, то пропускная способность шины Jш=32/Тц=32*Fцикла=32*100*106=3,2 (Гбита/сек)=400 (Мбайт/сек).

Для увеличения скорости обмена в ОА используются несколько магистралей.

В машинах III поколения использовали 3 и более шин; в машинах IV поколения: IBM PC/XT – 3 магистрали (шины), IBM PC/AT – 6 магистралей (шин). Введение дополнительных магистралей увеличивает количество передач в единицу времени.

б) каналы магистрального типа имеют большую емкостную нагрузку, что снижает возможность повышения тактовых частот.

в) поскольку магистрали – универсальные линии связи, и она должна обладать функциональной полнотой, то по структуре она оказывается достаточно сложной.

 

1.2 Линии связи непосредственного типа.

1) Линии связи устанавливаются содержательными микропрограммами.

2) В каждый момент времени можно одновременно передать данные между несколькими группами устройств. Например, S1->S2 и S3->S4 (S2->S3 и S4->S1).

3) Для увеличения количества передач в качестве элементов памяти используют 2-х ступенчатые триггеры (МS регистры – Master/Slave), а также промежуточные конвейерные регистры.



4) Структурно непосредственные связи проще магистралей и по числу линий и по временным диаграммам обмена.

 

Тактирование ОА

TОА=tУАtОА – такт ОА.

WОА=Nм/о /TОА – производительность.

I автомат: каждый элемент памяти имеет свою КС, поэтому он имеет наибольшее число м/о выполняемых за один такт.

Все м/о можно разделить на совместимые, те которые могут выполняться одновременно и несовместимые. Например, записать в S1 число и произвести его сдвиг невозможно одновременно. Поэтому включать их в одну микрокоманду нельзя. Несовместимые м/о можно сделать совместимыми разнеся их по разным тактам управляющих сигналов. Такое тактирование называется многофазным.

В машинах III поколения такт работы процессора четырехфазный Tпроц.=t1+t2+t3+t4. В машинах IV поколения Tпроц=Ti+...+Ti+T1+T2+T3+Tw+...+Tw+T4+Ti ,где Тi- холостые синхроимпульсы в режиме ожидания, прерывания, останова ; T1,T2,T3,T4 – рабочие синхроимпульсы; Тw – импульсы ожидания определяемые скоростью внешнего устройства.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Языки описания вычислительных устройств. | Конвейерные процессоры


Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 4; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.034 сек.