║ │ │ ││ ║ ││ ││ │ │ ║
║ │ │ ││ ╚════>╡│ │╞═════>╡ │ ║
║ │ │ ││ ││ ││ │ ╞═══╩═>DO
╚═══>╡D│ ││ └┴──┴┘ │ │
│ │ ││ T │ │
│ │ ││ ┌┬──┬┐ │ ╞═════>P
│ │ ││ ││RG││ │ │
│ │ │╞═════════>╡│ │╞═════>╡ │
│ │ ││ ││ ││ │ │
C W│А│ ││ C││ ││ ╔═>╡ │
─o─A┴A┴─────┴┘ ─┬┴┴──┴┘ ║ └──A──┘
SYN┘ │ ║ SYN┘ ║ ║
│ ║ ║ ║
yW YA DI═════╝ YF
ALU - арифметико-логическое устройство - комбинационная
схема с небольшим, но универсальным набором арифметических и
логических операций.
RGF - регистровый файл - адресуемая память RAM со стати-
ческой синхронизацией при записи.
RG'T' - регистр-фиксатор со статической синхронизацией.
RG'АCC' - регистр-аккумулятор с динамической синхрониза-
цией.
DI,DO - входная и выходная информационные шины.
- 14 -
Р - предикатные сигналы (флажки).
YF - сигналы управления выбором функции.
YA - адрес чтения и/или записи RGF.
yW - разрешение записи в RGF.
Память сравнительно большого объема, какой является RGF,
дешевле реализовать со статической синхронизацией. Для то-
го,чтобы такая память могла работать в замкнутом информацион-
ном кольце и при этом не возникали бы гонки, добавляется еше
один промежуточный регистр RG'T' со статической синхрониза-
цией. Если передний фронт является рабочим для регистров уп-
равляющего автомата и RG'ACC', то на первой фазе синхрониза-
ции при SYN=1 информация читается из RGF; при этом RG'T'
прозрачен. На следующей фазе синхронизации при SYN=0 информа-
ция фиксируется в RG'T', т.е. он закрыт для записи, а запись
(если она разрешена) производится в RGF. Фиксируется информа-
ция в RGF и RG'ACC' с началом следующего такта, т.е. на пе-
реднем фронте сигнала.
_ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОА и УА
Для исключения гонок при взаимодействии ОА и УА будем
проектировать УА как автомат Мура. Схема их взаимодействия
может быть представлена в виде:
╔══════════════════════════╗
║┌────┐ ┌┬──┬┐ ┌────┐ ║
╚╡ CS │ ││RG││ │CS ╞<╝
│ ╞<═╦═╡│ │╞<══╡ │
┌───┤ b │ ║ ││ ││ │ c ├<────┐
│ └────┘ ║ └┴──┴┴A─ └────┘ │
│ ┌────┐ ║ └───────────┐ │
│ │CS ╞<═╝ │ │
│┌──┤ a ├<───────────────────┐ │ │
ОА ││ └────┘ │ │ │
----││----------------------------│-│-│--
УА ││РА┌────┐ ┌┬──┬┐ ┌─────┐│ │ │┐
│└─>┤ CS│ ││RG││ │ CS ├┘ │ ││
└──>┤ ╞════>╡│ │╞═>╡ ├──┘ ││Y
РВ │ │ ││ ││ │ ├────┘│
╔>╡ p │ ││ ││ │ y ╞═╗ ┘
║ └────┘ └┴──┴┘ └─────┘ ║
╚════════════════════════════╝
Отметим, что РА(t)=f(Y(t)) зависит без сдвига от сигналов
управления,
PB(t+1)=F(Y(t)) зависит со сдвигом от сигналов
управления,
где РА и РВ - предикатные перемнные.
Продолжительность такта работы схемы определяется наибо-
лее длинными цепями между регистрами. Для данной схемы, кото-
рую будем называть последовательной схемой взаимодействия,
зададимся (так чаще всего бывает), что такой критической
цепью является цепь (CSy,CSa,CSp,RG). Поэтому длительность
такта определяется:
Т > ty + ta + tp + trg,
где tj- время установления соответствующего компонента цепи.
Чтобы сократить длину этой цепи, применяют другой вари-
ант взаимодействия автоматов - конвейерный:
- 15 -
╔══════════════════════════╗
║┌────┐ ┌┬──┬┐ ┌────┐ ║
╚╡ CS │ ││RG││ │CS ╞<╝
│ ╞<═╦═╡│ │╞<══╡ │
┌───────────┤ b │ ║ ││ ││ │ c ├<────┐
│ FF └────┘ ║ └┴──┴┴A─ └────┘ │
│ ┌┬──┬┐ ┌────┐ ║ └───────────┐ │
│┌─┤│RG│╞<══╡ CS ╞<═╝ │ │
││ ││ ││ │ a ├<───────────────────┐ │ │
││ └┴──┴┴A─ └────┘ │ │ │
ОА ││ └──────────────────────────┐ │ │ │
---││----------------------------------│-│-│-│--
УА ││ MK │ │ │ │
││ PA ┌────┬────┐ ┌┬──┬┐│ │ │ │┐
│└────>┤ CS│ CS │ ││RG│├┘ │ │ ││
│ РВ │ │ │ ││ │├──┘ │ ││Y
└─────>┤ │ ╞═══════════>╡│ │├────┘ ││
│ │ │ ││ │├──────┘│
╔>╡ p │ y │ ││ │╞═╗ ┘
║ └────┴────┘ └┴──┴┘ ║
╚═══════════════════════════════╝
При этом варианте взаимодействия такой длинной цепи, как
в предыдущем случае, не возникает.Эта цепь разделена регис-
трами RG'FF' (регистр флажков) и RG'MK' (регистр микрокоман-
ды) на две цепи. Продолжительность такта становится меньше и
ее можно определить следующим образом:
T > max( ta,(tp + ty) )+ trg ,
При конвейерном варианте взаимодействия
PA(t+1)=f(Y(t)), т.е. и эти значения стали зависить со
сдвигом от сигналов управления. Тогда фрагмент микропрограммы
mS{...;pA=f(...)}
<< GO(pA;mi,mj)>>,
выполняемый в последовательной схеме за один такт, в кон-
вейерном варианте за один такт выполнен быть не может и дол-
жен быть модифицирован следующим образом:
mS{...,pA=f(...)}
mS'{нет операции}
<< GO(pA;mi,mj)>>
Таким образом, время выполнения этого фрагмента не только не
уменьшилось, но даже возросло несмотря на уменьшение продол-
жительности каждого из тактов. Зато во всех остальных случа-
ях (при безусловных переходах, при переходах по значению РВ)
время выполнения микропрограммы уменьшается.
_НАЧАЛЬНАЯ ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ СИНХРОННОЙ СХЕМЫ
Пусть устройство, кроме сигнала синхронизации SYN, имеет
еще один сигнал Н, обозначающий начало и конец синхронной ра-
боты устройства. При Н=0 - нерабочее состояние - можно выпол-
нять начальную установку значений памяти устройства. Измене-
ние значения Н с 0 на 1 происходит в случайный момент времени
(асинхронно), но при этом начальный такт работы устройства
должен быть полным. "Затягивание" асинхронного сигнала Н в
синхронный режим происходит с помощью простейшего синхронного
автомата с диаграммой:
┌──────────┐ ┌────────┐
V 0H/CONST│ V 1H/SYN│
█▀▀▀█────────┘ █▀▀▀█──────┘
>▌ 0 ▐──────────────>▌ 1 ▐──────┐
█▄▄▄█ 1H/CONST █▄▄▄█ 0H/X │
л │
└────────────────────────────┘
У этого автомата простейшей является функция переходов, так
как диаграмма автомата совпадает с диаграммой переходов
- 16 -
D-триггера.
Схема автомата вместе с цепями условной синхронизации
выглядит следующим образом (для синхронизации по фронтам):
а)-по переднему фронту, б)- по заднему фронту:
┌──┐ ┌──┐
SYN ──┬──────────┤ 1├── CC SYN ──┬──────────┤ &├── CC
│ ┌─┬─┐ ┌─┤ │ │ ┌─┬─┐ ┌─┤ │
└─/C│T│ │ └──┘ └─\C│T│ │ └──┘
│ │ ├ │ │ │ ├──┘
┌─┤D│ │ │ ┌─┤D│ │
│ ├─┤ o──┘ │ ├─┤ o─
├─oR│ │ ├─oR│ │
H │ └─┴─┘уст. нач. зн. H │ └─┴─┘уст. нач. зн.
──┴─────────────────── ──┴───────────────────
Такая разница в цепях условной синхронизации, как уже объяс-
нялось выше, определяется тем, что первый перепад сигнала СС
не должен быть рабочим.