МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. Баумана

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. Баумана ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКАФАКУЛЬТЕТ ВОЕННОГО ОБУЧЕНИЯ Военная кафедра №

ТЕМА № 5 КОМПЛЕКС ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ АСУАСУВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ЗАНЯТИЕ № 4 Вычислительное устройство (Вч. У) СВ

Учебные и воспитательные цели занятия: 1. Изучить назначение, состав и технические характеристики Вч. У. 2. Изучить форматы команд и чисел Вч. У. 3. Изучить структурную схему Вч. У и порядок взаимодействия элементов по ней.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ 1. 1. Назначение, состав и технические характеристики Вч. У СВ. 2. Форматы команд Вч. У СВ. 3. Структурная схема Вч. УСВ. Операционное устройство. 4. Структурная схема Вч. У СВ. Устройство управления.

Вч. У является основным операционным устройством СВ и предназначено для: арифметической и логической обработки числовой информации, поступающей из ЗУ; организации приоритетного прерывания выполняемой программы под воздействием заявок от внешних и внутренних абонентов; инициации работы устройства обмена СВ с помощью разовых команд. 1. Назначение, состав и технические характеристики Вч. У.

Вч. У конструктивно состоит из двух блоков: двухъярусный блок Вч. У 1; одноярусный блок Вч. У 2; 1. Назначение, состав и технические характеристики Вч. У.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 6 Разряды 0 15 16 31 32 33 34 35 Ст. полуслово Мл. полуслово Контрольные разряды 0 7 8 15 16 23 24 31 К 0 К 1 К 2 К 3 0 Байт 1 Байт 2 Байт 3 Байт К РВч. У представляет собой одноадресную вычислительную машину с 16 -тью 36 -ти разрядными или 32 -мя 18 -ти разрядными оперативными регистрами (ОР). 2. 1. Формат информационного слова, хранящегося в ЗУ, имеет вид: (рис. 1)

2. Форматы команд и чисел Вч. У 632 -разрядное слово разбито на два полуслова: старшее полуслово (0 -15 разряды) и младшее полуслово (16 -31 разряды). В свою очередь каждое полуслово состоит из двух байтов (старший и младший), каждому байту соответствует контрольный разряд: 0 -му байту — К 0 (32 р) 1 -му байту — К 1 (33 р) 2 -му байту — К 2 (34 р) 3 -му байту — К 3 (35 р)

2. Форматы команд и чисел Вч. У 62. 2. Форматы команд. В зависимости от типа выполняемой операции, все команды могут быть разбиты на 5 форматов. Длина команды фиксированная для всех форматов и равна 36 разрядам (32 инф. + 4 контрольных). Форматы команд Вч. У имеют вид, показанный на рис. 2. Разряды 0 4 5 7 8 10 11 15 16 31 КОП КФЧ И А 1 А 2 Рис. 2. Формат команды Вч. У.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 6 Обозначения: КОП — код операции (0… 4 разряды); КФЧ — код конфигурации числа; И — признак индексации; А 1 — первый адрес команды; А 2 — второй адрес команды;

2. Форматы команд и чисел Вч. У 6 КОП — определяет действия Вч. У в течении определенного промежутка времени с соответствующей комбинацией устройств, блоков, элементов, участвующих в выполнении заданной операции. КФЧ (3 -х разрядный) — определяет вид конфигурации числовой информации при выполнении арифметических и логических операций.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 6 И (3 -х разрядный) — введен в формат большинства команд для изменения адреса второго операнда при организации ветвлений в программе и вычислений. Первый адрес команды А 1 -пятиразрядный по нему происходит обращение только к оперативным регистрам. В Вч. У 16 оперативных 36 разрядных регистров. В 11 -14 разрядах указывается номер регистра, в 15 разряде — номер полуслова. Четный адрес указывает на обращение к старшему полуслову, нечетный — на младшее полуслово. Второй адрес команды А 2 — 16 разрядный и по нему происходит обращение как к ОР, так и к ЗУ.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 62. 3. Формирование исполнительных адресов. Исполнительный адрес состоит из двух составляющих: адреса модуля адреса в модуле ЗУ. Адрес модуля всегда 4 -х разрядный. Адрес в модуле при обращении к ДЗУ 14 -разрядный, при обращении к ОЗУ — 12 -ти разрядный.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 6 Тип обращения к ЗУ и место нахождения команды Адрес модуля Адрес в модуле Разряды ССП Разряды А 2 Обращение за командой, находящейся в ДЗУ 13 -15 16 17 -30 Обращение за числом находящимся в ДЗУ 9 -11 16 17 -30 Обращение за командой, находящейся в ОЗУ 12 16 -18 19 -30 Обращение за числом находящимся в ОЗУ 8 16 -18 19 -30 Распределение разрядов полного адреса Обозначения: А 2 — второй исполнительный адрес; ССП — регистр слово состояния процессора.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 62. 4. Конфигурирование обрабатываемой информации. Необходимость частой упаковки и распаковки информации и экономии памяти требует записи нескольких чисел в одну ячейку памяти. Для сокращения числа служебных команд и времени реализации алгоритма функционирования СВ предусмотрена возможность работы с числовой информацией разной разрядности — конфигурирование чисел. Конфигурирование чисел в Вч. У заключается в делении 36 разрядного числа на два полуслова: активное и пассивное.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 6 Системой команд Вч. У предусмотрено шесть видов конфигураций, определяемых 3 -х разрядным КФЧ (рис. 4), которые выполняются по одной из трех команд пересылок информации между ОР и ОЗУ: П 1, П 2 и П 3. По команде П 1 производится пересылка информации из ОЗУ в ОР, по команде П 2 — из ОР в ОЗУ, по команде П 3 — конфигурированное содержимое ячеек ОР и ОЗУ меняется местами.

2. Форматы команд и чисел Вч. У 62. 6. Команды Вч. У оперирует с 53 командами, которые делятся на пять групп команд в соответствии с форматом. Состав команд. 1. Группа арифметических и логических команд: • СЛОЖЕНИЕ 1… 3 (СЛ 1…СЛ 3); • ВЫЧИТАНИЕ 1… 3 (ВЧ 1…ВЧ 3); • ДИЗЪЮНКЦИЯ 1… 3 (Д 1…Д 3); • КОНЪЮНКЦИЯ 1… 3(К 1…К 3); • СРАВНЕНИЕ 1… 3 (СР 1…СР 3); • СДВИГ 1… 3 (СД 1…СД 3); • НОРМАЛИЗАЦИЯ (НОРМ); • УМНОЖЕНИЕ (УМН); • ДЕЛЕНИЕ (ДЕЛ).

2. Форматы команд и чисел Вч. У 62. Группа команд пересылки информации: • ПЕРЕСЫЛКА ИНФОРМАЦИИ ИЗ ЗУ В ОР (П 1); • ПЕРЕСЫЛКА ИНФОРМАЦИИ ИЗ ОР В ЗУ (П 2); • ПЕРЕСЫЛКА ИНФОРМАЦИИ ИЗ ОР В ЗУ (И); • ИЗ ЗУ В ОР (П 3).

2. Форматы команд и чисел Вч. У 63. Группа команд ОР и регистров Вч. У: • ЗАГРУЗКА ОПЕРАТИВНЫХ РЕГИСТРО (ЗОР); • УСТАНОВКА ЗАЯВКИ (УЗ); • ИСКЛЮЧЕНИЕ ЗАЯВКИ (ИЗ); • УСТАНОВКА МАСКИ (УМ); • ИСКЛЮЧЕНИЕ МАСКИ (ИМ); • ВЫДАЧА РАЗОВЫХ КОМАНД (ВРК);

2. Форматы команд и чисел Вч. У 64. Группа команд передачи управления по адресу: • БЕЗУСЛОВНАЯ ПЕРЕДАЧА УПРАВЛЕНИЯ ПО АДРЕСУ (БПА); • УСЛОВНАЯ ПЕРЕДАЧА УПРАВЛЕНИЯ ПО АДРЕСУ ПО СИГНАЛУ (УПА); • УСЛОВНАЯ ПЕРЕДАЧА УПРАВЛЕНИЯ ПО ОДНОРАЗРЯДНОМУ ПРИЗНАКУ (УППР)

2. Форматы команд и чисел Вч. У 65. Группа специальных команд: • ИЗМЕНЕНИЯ АДРЕСА СЛЕДУЮЩЕЙ КОМАНДЫ (ИЗА); • ДЕШИФРАЦИИ ЗАЯВКИ (ДШЗ); • ПОЛУЧЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КОДА (ДК); • БЕЗУСЛОВНОГО ОСТАНОВА С ПЕРЕДАЧЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ПО АДРЕСУ (ПА); • БЕЗУСЛОВНОГО ОСТАНОВА С ПЕРЕДАЧЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ПО ЯЧЕЙКЕ (ПЯ).

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Вопрос 3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. Вычислительное устройство (Вч. У) СВ состоит из двух функциональных блоков: 1. операционного устройства (ОУ); 2. устройства управления

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. Назначение и состав операционного устройства Вч. У. Операционное устройство (ОУ) Вч. У предназначено для выполнения функций: арифметической и логической обработки информации; управления очередностью выборки команд и выработки сигналов, управляющих взаимодействием с ЗУ; формирование чисел переменной длины при чтении информации из памяти и при записи в ОЗУ; приема и управления приоритетным прерыванием; инициации работы устройства обмена (УО) СВ; организация взаимодействия с пультом оперативного управления ПОУ СВ; организация контроля правильности работы оборудования и фиксации сигналов сбоя.

В состав операционного устройства (ОУ) Вч. У входят следующие функциональные устройства: 1. арифметическое устройство (АУ); 2. два конфигуратора чтения (Кф. Ч 1, Кф. Ч 2); 3. конфигуратор записи (Кф3); 4. схема оперативных регистров (Сх ОР); 5. 36 -разрядный входной регистр (ВР); 6. схема словосостояния процессора (Сх ССП); 7. схема взаимодействия с ПОУ СВ (Сх В ПОУ); 8. схема прерываний (Сх Пр); 9. схема взаимодействия с ЗУ (Сх В ЗУ). 3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 1. Входной регистр. 36 -ти разрядный входной регистр Вч. У (ВР) предназначен: • для приёма и кратковременного хранения информации и команд поступающих из ОР, а также распределения этой информации между функциональными частями Вч. У; • для приёма и кратковременного хранения промежуточных результатов вычислений; • для приёма из регистра ССП номера выполняемой команды и выдачи его в сумматор АУ. Конструктивно входной регистр (ВР) выполнен на четырех ТЭЗах ЛУС-2 -О 23.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 2. Арифметическое устройство Вч. У. Арифметическое устройство (АУ) Вч. У предназначено для арифметической и логической обработки информации. Арифметическое устройство (АУ) Вч. У совместно с ОР, Кф. Ч и ВР выполняет ряд арифметических и логических операций: сложение, вычитание, дизъюнкция, конъюнкция, сравнение, умножение, деление, сдвиг и нормализацию, а также формирует исполнительный адрес числа (А 2) и номер команды.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Арифметическое устройство (АУ) Вч. У состоит из следующих основных узлов: • 18 разрядный регистр результата (РР 1); • 9 разрядный регистр результата (РР 2); • 18 разрядный сдвиговый регистр результата (РР 3); • комбинационный сумматор; • нормализатор (Нр); • сдвигатель (Сдв).

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Регистр результата (РР 1) предназначен: для приёма с сумматора и сдвигателя результатов арифметических и логических операций и выдачи их в ОР; для приёма номера команд с сумматора АУ и выдачи его в схему ВЗУ; Конструктивно РР 1 собран на двух ТЭЗах ЛУС-2 -О 23.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Регистр результата (РР 2) предназначен для приема порядка нормализации с нормализатораи выдачи порядка нормализации в ОР. Конструктивно РР 2 выполнен в ТЭЗе ЛУС-0 -016.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Регистр результата (РР 3) предназначен для: Приема множителя по команде «Умножение» (УМН) из Кф. Ч 2 и выдачи его на схему формирования сигналов, управляющих выполнением операции; Приема в последовательном коде частного по команде «Деление» (ДЕЛ) и выдача его в ОР. Конструктивно РР 3 выполнен в ТЭЗе ЛУС-2 -О 57.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Сумматор ( ) предназначен для выполнения арифметических и логических операций над двумя числами, которые принимаются с Кф. Ч 1 и Кф. Ч 2. Конструктивно сумматор выполнен на двух ТЭЗах ЛУС -0 -009.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Нормализатор (Нр) предназначен для определения в двоичном коде номера самого старшего разряда, содержащего единицу, и используется для определения константы сдвига нормализуемого числа при выполнении команды «Нормализация» . Конструктивно нормализатор расположен в ТЭЗе ЛУС-0 -016.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 3. Схема словосостояния процессора (Сх ССП) предназначена для выработки, приема и хранения информации о состоянии.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 4. Схема оперативных регистров (Сх ОР) состоит из двух основных функциональных узлов: 1. схемы управления записью в оперативные регистры (Сх У ОР); 2. шестнадцати 36 -разрядных оперативных регистров (ОР) Вч. У. Схема управления записью в ОР предназначена для: управления записью в оперативные регистры (ОР) Вч. У; конфигурирования информации, считанной из памяти.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Оперативные регистры (ОР) предназначены для: • хранения результатов действия большинства команд; • хранения одного или двух операндов при выполнении арифметических, логических операций и операций пересылки;

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 5. Конфигураторы чтения(Кф. Ч 1, Кф. Ч 2) и записи (Кф. З). Конфигуратор чтения первый (Кф. Ч 1) конфигурирует информацию, поступающую из оперативных регистров. Совместно с конфигуратором записи (Кф. З) он осуществляет конфигурирование информации при записи в ОЗУ из ОР. Конфигуратор чтения второй (Кф. Ч 2) конфигурирует информацию, поступающую на входной регистр (ВР) из магистрали чтения (МЧт) или из оперативных регистров (ОР).

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 6. Схема взаимодействия с ЗУ (Сх. ВЗУ). Схема взаимодействия с ЗУ осуществляет: анализ вида обращения (к ЗУ или ОР); формирует адрес блока ЗУ; формирует сигналы, управляющие обращением к ЗУ; управляет выдачей адреса блока ЗУ в магистраль адреса (МА).

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Для решения вышеперечисленных задач схема состоит из следующих устройств: схемы анализа обращения; схемы формирования адреса блока ЗУ; схемы формирования сигналов, управляющих обращением к ЗУ; схемы выдачи адреса блока ЗУ в магистраль адреса (МА).

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 7. Схема прерывания программ (Сх Пр) предназначена для: приема и хранения заявок на внешние, внутренние и программные прерывания; программного маскирования принятых заявок; выработки сигнала, управляющего прерыванием; прерывания выполняемой программы и организации выполнения вклинивающейся подпрограммы, соответствующей сигналу, вызвавшему данное прерывание; сброса заявок на прерывание по окончании их обслуживания.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 6 Схема прерывания программ состоит из: регистра заявок (РЗ); регистра масок (РМ); схемы сборки; схемы подмены адреса; схемы поразрядного сравнения.

3. Структурная схема Вч. У. Операционное устройство. 63. 1. 8. Схема взаимодействия с ПОУ (Сх В ПОУ). Схема взаимодействия с ПОУ (Сх ПОУ) предназначена для: приема информации с ПОУ и передачи ее в СВ; формирования управляющих импульсов; индикации основных регистров Вч. У. Для решения этих задач схема взаимодействия с ПОУ состоит из: схемы приема информации; схемы формирования контрольных разрядов; схемы сравнения и анализа; схемы формирования управляющих импульсов; схемы управления индикацией.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 Вопрос 4. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА Вч. У. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ Вч 4. 1 Назначение и состав устройства управления. Устройство управления Вч. У (УУ) служит : для выработки необходимых при выполнении команд сигналов микроопераций, обеспечивающих централизованное управление работой всех устройств Вч. У; для организации управления обменом Вч. У с ЗУ.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 Для УУ выбран ритм функционирования, который называется «ритм переменной синхронизации» . Это означает, что каждая МК выполняется за один цикл следования СИ СВ. Но в том случае, если для продолжения микропрограммы требуется результат предыдущих действий, производится мгновенная блокировка всех управляющих схем до тех пор, пока не реализуются ожидаемое условие.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 В состав УУ Вч. У входят следующие устройства (Рис. 15): шифратор микроопераций (ШМ), предназначенный для выдачи микрокоманд; логический блок, предназначенный для выработки адреса следующей микрокоманды; схема управления выполнения операций умножения и деления.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 Каждая микрокоманда, получаемая с вывода ШМ, выполняет следующие функции, указывая : выполняемые микрооперации; следующую микрокоманду с помощью задания адреса выхода из выполняемой микрокоманды.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 64. 2 Логический блок УУ В состав логического блока УУ входят: два 5 р регистра кода операции (РКОП 1 и РКОП 2); три дешифратора кода операции (Дш КОП 1, 2, 3); два 4 -разрядных регистра адреса микрокоманд (РАМ 1 и РАМ 1); схема выработки условий перехода; два дешифратора адреса микрокоманд (Дш АМ 1 и Дш АМ 1); схема выработки адреса опроса микрокоманды (модификатор);

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 а) Регистр кода операции – предназначен для приёма кода операции из ВР (0 -4 разряды), хранения и выдачи его в ДШ КОП. б) Регистр адреса микрокоманды – предназначен для приёма адреса выхода из выполняемой микрокоманды из ШМ, хранения и выдачи его в ДШ АМ. в) Схема выработки условий перехода (ВУП) – для формирования признаков, управляющих выборной микрокоманды из шифратора микрокоманд.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 г) Модификатор предназначен для выработки из информации, поступающей из Дш. КОП 1(2, 3) Дш. АМ 1(2) схемы выработки условий перехода (ВУП) и сигнала АВР поступающего из схемы ССП, опросов шифратора микроопераций (МО), являющихся адресом микрокоманд в позиционном коде. Конструктивно модификатор расположен в ТЭЗах ЛУС-2 -058, ЛУС-2 -059, ЛУС-2 -084.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 64. 3. Шифратор микроопераций Предназначен для выработки управляющих сигналов (микроопераций), поступающих во все устройства Вч. У и под управлением которых в этих устройствах реализуется выполнение операций, обеспечивающих выполнение команд.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 64. 4 Схема управления выполнением операций «умножения» и «деления» . Схема управления выполнением операций умножения и деления предназначена для: формирования сигналов опросов ШМ; формирования управляющих сигналов; коррекции контрольных разрядов промежуточных результатов.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 Контрольные вопросы: 1. Назначение и состав Вч. У. 2. Формат информационного слова и формат команд. 3. Формирование исполнительного адреса А’ 2. 4. Принцип конфигурирования обрабатываемой информации и виды конфигураций. 5. Назначение и состав операционного устройства. Назначение функциональных частей операционного устройства. 6. Назначение, состав устройства управления Вч. У. Назначение функциональных частей.

4. Структурная схема ВЧУ. Устройство управления ВЧУ. 6 Задание на само подготовку: 1. Изучить назначение и состав Вч. У. 2. Изучить форматы информационных слов и команд Вч. У и порядок формирования исполнительного адреса А’ 2. 3. Изучить назначение, состав и принцип работы операционного устройства Вч. У. 4. Изучить назначение, состав и принцип работы устройства управления Вч. У. Литература: «Вычислительное устройство СВ» . Техническое описание.