Способы построения управляющей части АЛУ

Назначением управляющей части АЛУ является формирование по синхроимпульсам последовательности микрокоманд согласно микропрограмме заданной операции с учетом значений оповещающих сигналов с контрольных точек.

Формально управляющую часть для выполнения одной операции можно рассматривать как конечный автомат, определяемый:

1. выходным алфавитом (множеством микрокоманд)
Y= y₁, y₂, …, y_i, …, y_n,

2. входным алфавитом (множеством сигналов оповещения)
X= x₁, x₂, …, x_j, …, x_k,

3. алфавитом состояний, определяемым графом микропрограммы:

Q {q₀, q_1, q₂,…, q_i,… q_r,}, где q₀ – начальное состояние автомата,.

4. микропрограммой, определяющей:

· функцию переходов

q_i+1 = d(q_i, x_i) или (как функцию времени) – Q(t+1) = d [Q(t), X(t)].

· функцию выходов (выходные сигналы автомата в состоянии q_i):

y_i = d(q_i, x_i) или (как функцию времени) – Y(t) = d [Q(t), X(t)].

Для управляющей части универсального АЛУ задание конечного автомата дополняется входным алфавитом множества двоичных сигналов, задающих код операции: a₁, a₂, …, a_m,

В соответствии с этим управляющие части АЛУ называют управляющими автоматами.

Существует два типа управляющих автомата:

· с жесткой или схемной логикой,

· с хранимой в памяти логикой.

Управляющий автомат с жесткой логикой или микропрограммный автомат (МПА)

Это устройство управления на основе конечного автомата. По сигналу начального пуска он начинает переходить из одного состояние в другое, так что на его выходе в каждом такте выдаются микрокоманды в соответствии с заданной микропрограммой.

Управляющий автомат с хранимой в памяти логикой

Управляющий автомат с хранимой в памяти логикой был разработан как метод проектирования управляющих устройств на основе конечных автоматов, но получил применение как новый вид управляющих автоматов. Состояние автомата представляется в виде ячеек памяти ячейками памяти, в которых хранятся микрокоманды и адреса условных или безусловных переходов в новое состояние. Условиями переходов являются значения оповещающих сигналов.

Проектирование таких устройств сводится к явному микропрограммированию и сохранению МК в памяти. Устройства, использующие этот метод, стали называться микропрограммными устройствами управления.

В первых ЭВМ использовался относительно небольшой набор простых команд, и устройства управления строились исключительно на основе конечных автоматов. По мере расширения набора команд, а главное, их усложнения по количеству используемых МК, микропрограммные устройства управления стали основными в ЭВМ третьего и четвертого поколения (построенных на дискретных полупроводниковых и интегральных схемах с малой степенью интеграции).

Микропрограммные устройства управления снижали стоимость ЭВМ, но в то же время сдерживали их быстродействие.

Переход на высокие частоты (мега и гигагерцы), конвейерную обработку и RISC-архитектуру (архитектуру команд с урезанным набором команд) привел к вытеснению ЭВМ с микропрограммными устройствами управления. Большинство современных ЭВМ имеют устройства управления на основе конечных автоматов.