Выбор и описание структурной схемы операционного автомата

Операционный автомат (ОА) должен содержать:

регистры RG1, RG2 для приема операндов с ШИВх,

регистр RG3 для записи и хранения результата и частных сумм,

комбинационный сумматор SM,

счетчик СТ для подсчета тактов умножения,

схему дизъюнкции,

схема "сложение по модулю 2" для реализации инверсии;

схема "сложение по модулю 2" для определения знака произведения;

усилитель-формирователь для выдачи результата на ШИВых.

Операнды поступают в операционный автомат по 32-разрядной шине ШИВх и записываются в соответствующие регистры. Мантисса множителя записывается в RG1, а мантисса множимого в RG2. Операнды поступают в дополнительном коде. Сначала анализируются знаки операндов. Знак результата определяется с помощью схемы “сложения по модулю 2” и подается на усилитель-формирователь. Зная знаки операндов, произведем коррекцию, если это необходимо. Для этого в зависимости от p₃ и p₁ на плечо A сумматора поступает информация с выхода триггера RG3 или на плечо В с выхода RG2. На плечо B поступает информация либо с прямых, либо с инверсных выходов триггера RG2. Множимое, в зависимости от очередной цифры множителя, либо суммируется с предыдущей частной суммой, либо суммирование не происходит. Цикл сложения выполняется до тех пор пока в шестом разряде счетчика СТ не окажется "1". Перед выдачей результата на ШИВых содержимое RG3 и подается на усилитель-формирователь.

Таким образом, для выполнения операции умножения из управляющего автомата (УА) в операционный автомат необходимо подать управляющие сигналы, реализующие следующие микрооперации:- запись в RG1, запись в СТ, запись в Т;- сдвиг RG1 влево RG1:=L1(RG1).0, сдвиг RG3 влево

:=L1(RG3).0, СТ: = СТ+1;

- запись в RG2;- инверсия выхода RG2 и SM_p=1 - подача “1” на вход переноса сумматора;- сброс RG3;- запись в RG3;- обнуление счётчика;- управление выдачей информации на ШИВых;- очистка RG1; - очистка RG2.

Из операционного автомата в управляющий автомат необходимо передать осведомительные сигналы о состоянии устройств операционного автомата, определяемые списком следующих логических условий.

Х - проверка наличия операндов на ШИВх;

Р1- знак операнда RG1;

Р2- проверка очередной цифры множителя;

Р3 - знак операнда RG2,

Р4=1, выполнения цикла сложения завершено;=0, один из операндов равен “0”;

Р6 - знак произведения; - проверка возможности выдачи по ШИВых.

Таким образом, управляющий МПА должен вырабатывать 12 управляющих сигналов и посылать их в ОА в нужные такты машинного времени в соответствии с алгоритмом выполнения операции сложения, ориентируясь на 8 осведомительных сигналов, поступающих из ОА, структурная схема которой представлена на рис. 1.

Реализация содержательной ГСА

 

Содержательная граф-схема алгоритма представлена на рис. 2.

Выполнение алгоритма начинается с проверки наличия множителя на ШИВх. Он заносится в RG1, RG2, логическим условием P5 проверяется осведомительный сигнал, если он равен “1”, то поступил не нулевой операнд, иначе алгоритм заканчивается и результат умножения равен “0”. Далее с инверсных выходов RG2 множитель подаётся на плечо В сумматора SM, где получается ДК, а затем заносится в RG3. Далее происходит проверка наличия множимого на ШИвх и занесение его в RG2 с последующей проверкой на “0” и подачей на плечо В сумматора SM. Также в счетчик тактов заносится 1, знак произведения определяется путём сложения по модулю 2 знаков множителя и множимого.

Далее, следуя алгоритму, логическим условием P3 проверяется знак множимого, если он равен “1”, то логическим условием Р1 проверяется знак множителя и в зависимости от его знака на плечо А сумматора SM поступают данные, записанные в RG3 или происходит проверка очередной цифры множителя. Если ли знак множимого равен “0”, то RG3 очищается и происходит проверка знака множителя логическим условием Р1. Далее проверяется очередная цифра множителя логическим условием Р2, если он равен “1”, то производим такт сложения суммы ЧП с множимым, иначе переходим к проверке логического условия P4. Если он равен “0”, то следует произвести сдвиги суммы ЧП и множителя, т.е. RG3 и RG1, в счётчик СТ прибавляется 1, в противном случае такт является последним и производится проверка на возможность выдачи результата на ШИВых, завершение алгоритма.

Построение отмеченной ГСА

 

Перед разметкой содержательной ГСА необходимо возле каждой операторной вершины проставить управляющие сигналы УА и обеспечивающие выполнение требуемых действий в соответствии со списком МО операционного автомата. Совокупность МО для каждой операторной вершины образуют микрокоманды (МК), список которых приведен в таблице 4.

 

Таблица 4.

MK	Совокупность МО
Y1	y0,y2,y4
Y2	y3,y5
Y3	y2
Y4	y4
Y5	y5
Y6	y1
Y7	y11

 

Каждой условной вершине содержательной ГСА поставим в соответствие один из входных сигналов управляющего автомата X1, …,X7, список которых дан в таблице 5.

 

Таблица 5.

Входной сигнал УА	X1	X2	X3	X4	X5	X6	X7
Логическое условие ОА	X	P1	P2	P3	P4	P5	Z

 

Далее в полном соответствии с содержательной ГСА строим отмеченную ГСА(рис. 3), условным вершинам которой приписывается один из входных сигналов УА (Х1,...,Х7), а операторным вершинам - одна из МК (в скобках указана совокупность МО для каждой МК). Выделение состояний управляющего МПА возможно в соответствии с моделью Мили или моделью Мура. умножение двоичный число автомат

На рис. 3 приведена разметка ГСА для модели Мили символами a₀, а₁,..., а₈ и для модели Мура - символами b₀, b₁,..., b₁₀. Таким образам, если строить управляющий МПА в соответствии с моделью Мили, то он будет иметь 9 состояний, а в соответствии с моделью Мура - 11 состояний.

Замечание. В двух вершинах ожидания (3 и 17) при разметке по Муру введены фиктивные состояния автомата b₃ и b₉.

Явно большее число состояний для модели Мура по сравнению с моделью Мили не дает достаточных оснований для выбора модели Мили как более предпочтительной. Сравнение вариантов можно будет выполним лишь на этапе построения функциональных схем УА, сравнив схемы по сложности и быстродействию. Поэтому далее будем вести проектирование УА параллельно для модели Мили и для модели Мура.