Устройства управления

1.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
ЛЕКЦИЯ 2–4
УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

2.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ УУ.
Под УУ понимается совокупность блоков и узлов процессора,
обеспечивающих координированные работы всех устройств ЭВМ и
управление ими для всех принятых режимов.
УУ, реализуя программы, организовывает все необходимые действия
по приёму, оценке и преобразованию исходной информации с целью
получения и выдачи необходимых результатов. Т. о. УУ может
считаться преобразованием первично-командной информации,
представленной командами системы, во вторичную командную
информацию, представленную формируемыми УУ исполнительными
адресами, кодами и управляющими сигналами, воздействие которых
на соответствующие узлы и блоки приводит к выполнению заданных
операций.
Последовательность выполнения программы:
1. Выбор команды из ОП.
2. Декодирование операции.
3. Определение исполнительных адресов операндов.
4. Выборка операндов из памяти;
5. Выполнение операции;
6. Загрузка результата в память.
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

3.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Генерируемая УУ последовательность управляющих
сигналов задается поступающим на входы блока кодом
операции, сигналов из операционной части, несущих
информацию об особенностях операндов, промежуточного и
конечного результатов, а также синхросигналами,
задающими границы такта.
Формально УУ можно рассматривать как конечный
автомат, определяемый:
1. Множеством кодов операций F={f1, f2,…, fG}.
2. Множеством входных сигналов X={x1, x2,…, xL}.
3. Множеством выходных сигналов Y={y1,y2,…,yH},
соответствующих множеству микроопераций.
4. Множеством подлежащих реализации микропрограмм,
устанавливающее, в зависимости от значений входных
сигналов, управляющие сигналы, выдаваемые в
определенные такты.
5. Множеством внутренних состояний S={s1, s2,…, sG}.
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

4.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Классификация
1. В зависимости от общности выполняемых операций различают:
-специализированные УУ (с «жесткой» логикой);
-универсальные УУ (с «гибкой» логикой).
Универсальные позволяют выполнять любые программы,
записанные как последовательность команд.
Специализированные функционируют по фиксированной
программе, изменить которую можно только путем перекоммуникации
элементов схемы.
2. В зависимости от того, постоянная или переменная
длительность цикла работы, УУ делятся на:
- синхронные;
- асинхронные.
У синхронных - длительность такта постоянная, у асинхронных –
переменная (зависит от времени формирования управляющих
сигналов).
3. По степени централизации УУ делятся на:
-централизированные;
-децентрализированные (смешанные).
В централизированных УУ все время диаграмма задает одно ЦУУ.
В децентрализированных УУ есть центральное УУ и местные.
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

5.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
УУ С «ЖЕСТКОЙ» ЛОГИКОЙ
Принципы построения УА с «жесткой» логикой
При использовании «жесткой» логики УА строятся из
разрозненных комбинационных схем и элементов памяти. Закон
функционирования УА определяется порядком соединения
элементов между собой.
Основными элементами, с помощью которых могут быть
построены УА, являются:
- элементы задержки (D-триггеры);
- распределители сигналов (сдвигающие регистры);
- цифровой автомат.
УА на элементах задержки
В этом случае к вершинам графа ставятся в соответствие
элементы задержки.
К логическим вершинам – расхождение дуг (элемент И),
схождение дуг (элемент ИЛИ).
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

6.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Н
y1, y2, y3, y4
0
x1
1
y5
y6 , y7 , y8
1
x2
0
y9
y10
0
x3
x4
y11
y12
К
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

7.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
y1 y4
x1
&
???
ЭЗ
y5
y6 y7 y8
ЭЗ
&
x1
&
ЭЗ
1
y10
x2
1
&
y9
x3
ЭЗ
ЭЗ
x2
x4
&
&
1
y11
y12
ЭЗ
1
&
x3
ЭЗ
???
&
x4
Такие автоматы могут быть построены для несложных устройств,
выполняющих ограниченный круг операций.
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

8.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
УА на распределителях сигналов
Особенностью распределителей сигналов является выдача
последовательности сигналов после стартового сигнала. При этом
если необходимо формировать N управляющих сигналов (N тактов),
то распределитель должен иметь N+1 состояние, где последнее
состояние используется для прекращения подачи синхросигналов.
Как правило, УА на распределителях сигналов используется в том
случае, когда ГСА не имеет циклов.
Представим ГСА без x3
y1-y4
y5
x1
y6-y8
x2
x2
&
Start
0
1
2
y10 y9
x4
&
3
&
4
5
y4
y12
&
Stop
6
7
Распределитель сигналов можно построить на сдвигающих
регистрах.
Длительность такта выбирается по max ti, T ≥max ti.
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

9.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
УА как цифровой автомат
x – осведомительные сигналы;
y – набор выходных сигналов;
φ – набор сигналов переключений памяти;
Q – состояние памяти.
Q(t+1)= φ (Q(t),x(t))
y(t)=f(Q(t), x(t))
Мили
Q(t+1)= φ (Q(t),x(t))
y(t)=f(Q(t))
Мура
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

10.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Н
a0
y 1 y2 y3 y 4
a1
0
x1
y5
a2
y6 y7 y8
a3
1
0
x2
y9
y10
a4
0
x3
1
0
x4
1
y11
a5
y12
a0
К
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

11. Структурная таблица переходов

Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

12. Уравнения выходов и переходов

y1 y 2 y3 y 4 a0
y5 a1 x1 a 4 x1 x3 x1 (a1 a 4 x3 )
z a1 a 4 x3
y5 a1 x1 a 4 x1 x3 x1 z
y6 y7 y8 a1 x1 a 2 a 4 x1 x3 a 2 x1 (a1 a 4 x3 ) a 2 x1 z
y 9 a3 x 2
y10 a3 x2
y11 a 4 x3 x4
y12 a 4 x3 x4 a5
D0 a0 a 4 x3 x4 a 4 x3 x4 a5 a0 a 4 x3 a5
D1 a0 a1 x1 a 4 x1 x3 x1 (a1 a1 x3 ) a0 a0 y5
D2 a3 a 4 x3 y 4 a3 y11
z (a1 a 4 x3 )
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.

13.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра КИТС
Кораблев Н.М.