Микропрограммным управлением

7. Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. Л.: Энергия, 1974.

Учебное пособие по специализации МО САПР. Рассматриваются математические модели, варианты регулярных структур, задачи проектирования элементарных матричных схем и сложных устройств из регулярных структур, методы синтеза и диагностирования комбинационных схем и микропрограммных автоматов из Е ИС с регулярной структурой.

В гл. 4 изложены методы синтеза комбинационных схем из матричных БИС. Эта глава написана в основном по результатам автора. В гл. 5 приведены методы синтеза микропрограммных автоматов [2], а в гл. 6 исследуются вопросы диагностирования неисправностей матричных БИС.

МЕТОДЫ СИНТЕЗА МИКРОПРОГРАММНЫХ АВТОМАТОВ

10. Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. Л.: Энергия, 1979. 231 с.

Глава 5. Методы синтеза микропрограммных автоматов . 132

7. Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. — Л.: Энергия 1979.

Оптимизация схемы МПА понимается как минимизация числа устанавливаемых на плате элементов. Для разработки структуры базового ТЭЗ находятся значения следующих параметров микропрограммных автоматов [31] (будем называть их определяющими):

3. Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. — Л.: Энергия, 1979.—232 с.

19. Баранов С. И.. Песчанский В. А.. Синев В. Н. Одноуровневая реализация микропрограммных автоматов на ПЛМ.— Изв. АН СССР. Сер. техническая кибернетика, 1983, № 5, с. 41—49.

32. Скляров В. А. Синтез микропрограммных автоматов на стандартных ПЛМ. — Автоматика и вычислительная техника, 1982, № 4, с. 28—35.

37. Баранов С. И., Килленберг X. Декомпозиция микропрограммных автоматов. — Автоматика и вычислительная техника, 1978, № 6, с. 5—11.

По этому методу микропроцессор составляется из нескольких одинаковых 2-, 4- или 8-разрядных процессорных секций, размещенных на отдельных кристаллах и объединенных общим микропрограммным управлением. Использование секционного метода в сочетании с прогрессивной технологией маломощных ТТЛ-схем с диодами Шотки (ТТЛШ) позволило создать микропроцессорные комплекты серий К589, КР1802, КР1804, содержащие соответственно 2-, 4-, 8-разрядные процессорные кристаллы (секции) с быстродействием (временем цикла) 100--150 не. В состав этих комплексов помимо БИС процессорной секции входят пять—семь дополнительных БИС (блоки микропрограммного управления, синхронизации, связи с периферийными устройствами, прерываний). К рассматриваемому типу микропроцессорных средств относится реализованная на ЭСЛ-технологии серия быстродействующих микропроцессорных БИС К1800, содержащая 4-разрядные секции АЛУ, микропрограммного управления, синхронизатора, управления оперативной памятью.

На основе секционных микропроцессорных БИС можно строить микропроцессоры с изменяемой разрядностью слова и микропрограммным управлением. Эти микропроцессоры не имеют фиксированного набора команд, а имеют только набор микрокоманд, что позволяет (хотя это связано с определенными трудностями для широкого пользователя) реализовать микропрограммным путем оптимальный для данной задачи набор команд и отдельных процедур.

Для многих машин общего назначения характерным является использование смешанного схемного (на основе «схемной» логики) и микропрограммного (с хранимой в памяти логикой) управления. Так, в процессоре ЭВМ ЕС-1046 реализовано микропрограммное, а, например, в каналах ввода-вывода — комбинированное схемно-микропрограммное управление, причем в каналах под микропрограммным управлением (соответствующие микропрограммы хранятся в УП процессора) выполняются те процедуры, в которых каналы используют аппаратуру процессора (передача информации между каналами и ОП с использованием цепей обмена данными процессора с ОП; операции над управляющей информацией канала с привлечением средств АЛУ). Выполнением процедур работы каналов, не связанных с использованием аппаратуры процессора, управляют собственные схемные управляющие средства каналов.

Примерами первых отечественных ЭВМ с полностью микропрограммным управлением являются малая ЭВМ «Проминь» — машина повышенного интеллекта для научных расчетов, ЭВМ «Мир», «Наири».

Мы видим, что вся реализация системы команд ЭВМ с микропрограммным управлением состредоточена в блоке ПЗУ. А если заменить блок ПЗУ и ввести блок с микропрограммами, интерпретирующими систему команд другой машины? ЭВМ будет работать в системе команд другой ЭВМ. Могут оказаться другими быстродействие и объем ОЗУ, но программы другой ЭВМ, укладывающиеся в ресурсы моделирующей ЭВМ, будут выполняться.

Микропроцессоры третьего поколения построены на биполярных приборах. Они обладают более высоким быстродействием и функциональными возможностями, чем микропроцессоры первых двух поколений. Время суммирования, например, составляет 125...250 не. Поскольку уровень интеграции микросхем на биполярных приборах ниже, эти микропроцессоры реализуются в виде совокупности нескольких однокристальных однотипных ИМС (процессорных секций) на два или четыре разряда. Объединение нескольких процессорных секций под общим микропрограммным управлением позволяет образовать структуры малых, средних и даже больших процессоров.

Современные МП и микроЭВМ строятся по двум структурно-технологическим принципам управления выполнением операций: однокристальные с фиксированной системой команд (схемное, или аппаратное управление), многокристальные специализированные МП с микропрограммным управлением и с изменяемой разрядностью слова (гибкая логика управления). Главное отличие' между этими двумя способами управления состоит в том, что при первом способе программист (пользователь) имеет возможность самостоятельно и легко изменить содержание программы работы МП, а при втором — изменение связано с созданием нового кристалла МП. Возможность микропрограммирования значительно упрощает программное обеспечение и быстродействие МП. Однако составление и отладка микропрограмм для многих прикладных задач оказываются чрезвычайно трудоемкими, так как математическое обеспечение микро-ЭВМ все еще недостаточно развито для широкого применения микропрограммирования.

МП могут быть с микропрограммным управлением или с фиксированным набором команд. Несмотря на значительные преимущества первого типа МП, наибольшее распространение получили МП с фиксированным набором команд, так как они проще в техническом исполнении.

Микропроцессоры с микропрограммным управлением имеют универсальное назначение. Они могут решать различные математические и логические задачи в зависимости от сменных программ, вводимых в память микропроцессора. Может меняться и длина их разрядной сетки.

Микропроцессоры с микропрограммным управлением обычно изготовляются на основе нескольких

иному принципу управления бозродился. Выли созданы постоянные запоминающие устройства с циклом обращения 0,5 мксек и даже 0,25 мксек. В настоящее время созданы постоянные запоминающие устройства на интегральных схемах, обладающие еще большим быстродействием. Изменился подход к микропрограммированию, которое сейчас рассматривается не как средство повышения гибкости программирования, а как метод построения системы управления процессором, удобный для инженера-разработчика вычислительной аппаратуры Программист, работающий на современной машине с микропрограммным управлением, может, вообще говоря, не подозревать о ее микропрограммной природе и использовать все современные средства математического обеспечения, включая алгоритмические языки самого высшего уровня. В то же время использование микропрограммного принципа облегчает разработку логики процессора и предоставляет возможность ее легкой переделки в процессе разработки.