- •394026 Воронеж, Московский проспект, 14 Оглавление
- •1. Принципы организации электронных вычислительных машин 23
- •2. Функциональная организация 37
- •3. Структурная организация электронных вычислительных машин 111
- •4. Организация процессоров 157
- •5. Организация операционных устройств 206
- •6. Организация памяти электронных вычислительных машин 264
- •Введение
- •1.Принципы организации электронных вычислительных машин
- •1.1Основные факторы, определяющие принципы организации электронных вычислительных машин
- •1.2Состав устройств, структура и порядок функционирования электронных вычислительных машин
- •1.3Основные технические характеристики вычислительного комплекса
- •2.2Режимы работы электронных вычислительных машин (организация вычислительных процессов)
- •2.3Средства мультипрограммирования
- •2.4Организация системы прерываний
- •2.5Многоуровневая организация памяти электронных вычислительных машин
- •2.6Средства защиты основной оперативной памяти
- •2.7Защита информации в персональных электронных вычислительных машинах ibm pc
- •2.8Машинные элементы информации
- •2.9Представление данных в электронных вычислительных машинах
- •2.9.1Представление чисел
- •2.9.2 Представление текстовой информации и логических значений
- •2.10 Форматы команд и машинные операции
- •2.11 Способы адресации информации в памяти электронных вычислительных машин
- •2.12 Организация адресного пространства внешней памяти. Виртуальная организация памяти
- •2.13 Особенности архитектуры персональных электронных вычислительных машин типа ibm pc
- •3.Структурная организация электронных вычислительных машин
- •3.1Понятие структурной организации электронных вычислительных машин
- •3.2Классы устройств электронных вычислительных машин
- •3.3Магистрально-модульный принцип построения электронных вычислительных машин. Понятие интерфейса
- •3.4Типовые конфигурации (структуры) однопроцессорных вычислительных комплексов
- •3.5Структуры мультипроцессорных и мультимашинных вычислительных комплексов
- •3.5.1Многомашинные вычислительные комплексы
- •3.5.2Мультипроцессорные вычислительные комплексы
- •3.5.3Мультипроцессорный вычислительный комплекс с раздельной памятью
- •3.6Нейрокомпьютеры
- •4.Организация процессоров
- •4.1Цикл выполнения команд
- •4.2Конвейерная организация процессоров
- •4.3Особенности организации современных процессоров
- •4.4 Эволюция способов организации процессоров
- •5.Организация операционных устройств
- •5.1Принцип микропрограммного управления (функциональная организация операционных устройств)
- •5.2Средства описания функций операционных устройств
- •5.3Структурная организация операционных устройств
- •5.4Функция и структура операционного автомата
- •5.5Организация работы операционных устройств во времени
- •5.6Структурный базис операционного автомата
- •5.7Организация операционного автомата
- •5.8Понятие микропроцессора
- •5.9Организация управляющего автомата
- •5.9.1Организация управляющего автомата с программируемой логикой управления
- •5.9.2Укрупненная структура управляющего автомата с программируемой логикой
- •5.9.3Управляющие автоматы с жесткой логикой управления
- •5.9.4С равнение характеристик управляющих автоматов с программируемой и жесткой логикой
- •6.Организация памяти электронных вычислительных машин
- •6.1Основные понятия
- •6.2Организация и основные характеристики запоминающих устройств
- •6.3Классификация запоминающих устройств
- •6.4Организация памяти первого уровня
- •6.5Организация адресных (сверхоперативных) запоминающих устройств
- •6.6Запоминающие устройства с ассоциативной организацией
- •6.7Организация кэш–памяти на основе ассоциативного запоминающего устройства (кэш с ассоциативной организацией)
- •6.8Организация стековых (магазинных) запоминающих устройств
- •6.9Организация памяти второго уровня (основной оперативной памяти)
- •6.10Организация памяти третьего уровня (внешней памяти)
- •6.10.1Классификация и основные характеристики внешних запоминающих устройств
- •6.10.2Организация накопителей на магнитных дисках
- •6.10.3 Организация накопителей на магнитной ленте
- •6.10.4 Организация оптических дисков
- •Библиографический список
5.9.3Управляющие автоматы с жесткой логикой управления
В основе построения УА с жесткой логикой (ЖЛ) управления лежит теория конечных (цифровых) автоматов. Наибольшую известность имеют конечные автоматы Мили и Мура.
Закон функционирования автомата Мили задается функциями:
А(t+1) = δ (A(t), X(t)) – функция переходов,
Y(t+1) = λ (A(t), X(t)) – функция выходов,
Здесь t = 0, 1, 2, … -автоматное время,
А = {а1, а2, …, аN} – множество состояний автомата, N – конечно,
А(0) = а1 – начальное состояние автомата,
Х = {х1, …, хL} – входной алфавит автомата,
Y = {y1, …, yM} – выходной алфавит автомата.
Рисунок 5.29 – УА с ЖЛ управления
Чтобы построить УА с ЖЛ, необходимо задать функцию переходов δ и функцию выходов λ автомата. Определение функций λ, δ легко производится по ГСА операций fg ОУ. Техническая реализация функций автомата Мили приводит к структуре УА с ЖЛ (рисунок 5.29).
Выходной алфавит Y интерпретируется как совокупность выходов УА, с помощью которых управляющие сигналы y1 … yM подаются в ОА.
Входной автомат Х интерпретируется как совокупность осведомительных сигналов x1 … xL, поступающих на вход комбинационной схемы КС в качестве аргументов булевских функций y1, …, yM, аргументами которых является еще и информация о состоянии автомата в момент времени t: A(t).
Для отображения состояния автомата используется память П, реализуемая на триггерах, количество которых n = log2N зависит от множества состояний. Переход из одного состояния ai в другое aj осуществляется под воздействием сигналов Z, которые формируются на выходах КС, реализующих булевы функции в соответствии с функцией переходов автомата.
Сигналы синхронизации С имитируют автоматное время t.
Следует отметить, что переход от функции ОА, которая задается набором ГСА1 … ГСАG к структуре УА с ЖЛ, т. е. конкретной конфигурации комбинационных схем, реализующих функции Y и Z, формализован и, следовательно, может быть автоматизирован. Это позволяет получать схемы УА автоматически: на входе системы набор ГСА, а на выходе – документация, схема УА (фактически это САПР УА с ЖЛ). [С. И. Баранов. Синтез микропрограммных автоматов. - Л: Энергия, 1979].
Характеристики УА с ЖЛ – быстродействие и затраты оборудования. Быстродействие УА с ЖЛ характеризуется временем формирования управляющих сигналов ym:
ty = ТР + 2АЭ = 5АЭ,
где ТР - время переключения триггеров памяти, ЛЭ - задержка одного логического элемента в КС УА.
5.9.4С равнение характеристик управляющих автоматов с программируемой и жесткой логикой
Сравнение выполним по быстродействию и затратам оборудования.
По быстродействию:
Разность ∆ = ТЖЛ – ТПЛ > 5ПЗУ, т. е. время формирования управляющих сигналов в УА с ЖЛ меньше по крайней мере на величину ПЗУ - время выборки из ПЗУ, что существенно меньше. Следовательно, УА с ЖЛ обладают большим быстродействием, чем УА с ПЛ.
По затратам оборудования С. Количество оборудования С в УА с ЖЛ пропорционально сложности микропрограмм S (рисунок 5.30). В УА с ПЛ оно зависит от сложности микропрограмм, определяемой количеством микрокоманд. Длина микрокоманды логарифмически зависит от количества МО М, числа ЛУ L, емкости ПЗУ. Н а рисунке 5.29 S* - характерная точка, точка пересечения линий, которая означает, что затраты оборудования в УА с ПЛ до точки S* больше, а после нее меньше, причем разница в затратах тем больше, чем выше сложность УА. Следовательно, с точки зрения затрат оборудования УА с ПЛ экономнее, чем УА с ЖЛ. Отсюда область их применения: если целью проектирования является высокое быстродействие, то следует использовать УА с ЖЛ, если критерий проектирования – минимальные затраты оборудования, то – УА с ПЛ.