3.8.2 Логически структури със собствени микрооперации

Logical structures with common microoperations

В една логическа структура със собствени микрооперации всеки възел има свои оригинални параметри и функции, своя собствена съвкупност от входно/изходни връзки с другите възли и своя собствена съвкупност от признаци - положение, изразено на фигура 3.8.2.1.

Фиг. 3.8.2.1. Определение за логическа структура със собствени микрооперации

На всеки от регистрите в показаната структура принадлежат две множества - множество от микрооперации, възбуждани от съответни управляващи сигнали {УС}_i и множество от логически признаци {X}_i. Структурата от фигура 3.8.2.1 се нарича още структура с "твърди" връзки, или още структура с непосредствени връзки. В този план, за да може върху даден операнд да бъде приложена определена микрооперация, той трябва да попадне в подходящия за целта възел. По този начин е възможно голяма част от регистрите да бъдат оборудвани с идентични комбинационни схеми, ето защо, когато броят на регистрите в операционната част нарасне, по-рационална може да се окаже организацията с общи микрооперации.

Вече стават очевидни основните достойнствата и недостатъците на всеки от двата вида организация - операционната част на автомата, която е организирана по метода със собствени микрооперации, позволява достигане на високо бързодействие при значителни апаратни разходи, докато организацията по метода с общи микрооперации позволява сравнително икономична реализация на същия набор от микрооперации, но при снижено бързодействие.

Съществено влияние на вида и функционирането на логическата структура на АЛУ оказва начинът за реализиране на основната аритметична операция - операция събиране и съответстващият й възел - суматорът. Суматорът може да бъде комбинационен или натрупващ, при което операндите трябва да се подават съответно едновременно по двата входа, или последователно по един и същи вход.

На практика реализуемите операции са не повече от двуместни, ето защо АЛУ се реализира най-често в една 2-регистрова, или 3-регистрова структура. Дву-регистровата структура предопределя използуването на натрупващ суматор. В такава структура, операция събиране (а в общия случай всяка двуместна операция) винаги се изпълнява между резултата от предидущото действие (намиращ се в акумулатора) и вторият операнд, постъпващ на входа. Резултатът остава в акумулатора. За да се заповяда тази двуместна операция в АЛУ с такъв суматор, е необходимо да се укаже само вторият операнд, тъй като първият е известен по смисъл и място, по силата на въведената организация. Изказването “с резултата от предидущото действие” е нарицателно и съществено определя логическата структура, за която се отнася.

АЛУ с комбинационен суматор се изпълнява по 3-регистровата структура - два операнда и резултат. В такава структура е необходимо да се укажат (внесат) два операнда.

Организацията на изпълнение на двуместните операции - последователно или паралелно, оказва съществено влияние на типичната структура на машинните команди, която може да бъде с различна адресност.

Използването на отделните клетки (регистри) на запомнящата част на АЛУ може да бъде еднакво или диференцирано. В първия случай клетките се наричат "регистри с общо предназначение", а във втория случай имат отделни имена, определени от съответната функционалност, като например акумулатор, входен или изходен регистър и прочие. Методът за достъп до клетките от запомнящата част обикновено е директен или последователен и съществено се отразява на организацията за извличане на операндите.

В зависимост откъде пристигат операндите на дадена операция, дали от регистрите в запомнящата част, или от вън (от паметта на процесора), изпълнимите операции се определят от тип:

· "Регистър / Регистър" ;

· "Регистър / Памет" ;

· "Памет / Памет" .

Върху логическата структура и общата организация на функциониране на АЛУ в най-голяма степен влияе формата и формата на данните, които ще бъдат обработвани. Във връзка с това най-общо могат да бъдат различени следните АЛУ:

· Последователни ;

· Паралелни ;

· Паралелно-последователни .

А също така:

· АЛУ за работа с фиксирана запетая ;

· АЛУ за работа с плаваща запетая ;

· АЛУ за работа с десетично кодирани числа ;

· Специализирани АЛУ.

АЛУ могат да бъдат определени още като комбинационни и като натрупващи. В случаите, когато методът за достъп до клетките от запомнящата част е последователен, АЛУ се наричат стекови. Типичен пример е АЛУ на микропроцесор за работа с плаваща запетая, където единият от операндите се взема винаги от върха на стека.

За управление на операционната част на АЛУ със собствени микрооперации най-често се изпълняват управляващи автомати с твърда логика, които позволяват да се оползотворят всички предпоставки на операционната част за високо бързодействие. Когато в АЛУ е положена организацията с общи микрооперации, най-често управлението се реализира чрез управляващи автомати с програмируема логика, чиято икономичност и скорост се съгласува с възможностите на операционната част. Така и в двата случая се постига еднородност между двете части на устройството.

За синтез на управляващия автомат е необходимо да се извърши обединяване на операциите. Обединената микропрограма за функциониране на АЛУ трябва да има едно начало и един край. В нея трябва да се съдържат последователностите от изпълними и условни микрооператори на всички алгоритми. За сметка на общи (еднакви) участъци в микропрограмите, които се обединяват, общият брой на върховете в получаваната микропрограма намалява. Тъй като повторението на общите участъци в микропрограмите е нерегулярно (нециклично), в обединената микропрограма нараства относителния дял на условните микрооператори, което обикновено води до усложняване на комбинационните схеми в автоматите с твърда логика и до снижаване на бързодействието в автоматите с програмируема логика. Ето защо в последните, нерегулярните повторения най-често се реализират чрез подпрограмна техника.

За удовлетворяване на критериите, по които се извършва обединяването на операциите, е възможно в процеса на синтез да се извършва итерационно преработване както на операционната част, така и на микропрограмите за работа на АЛУ.

Следващият раздел е:

3.8.3 Конвейерна организация на операционните структури ( Operating structures with pipeline organization )