Концепция операционного и управляющего автоматов

В функциональном и структурном отношении операционное устройство, входящее в состав ЭВМ, удобно представить разделенным на две части: операционный и управляющий автоматы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Устройство как композиция автоматов

Операционный автомат (ОА) служит для хранения слов информации, выполнения набора микроопераций и вычисления значений логических условий, т. е. операционный автомат является структурой, организованной для выполнения действий над информацией. На вход ОА подаются входные данные D_I, которые в соответствии с алгоритмом операции преобразуются в выходные данные D_O. Кроме того, ОА вырабатывает множество {x} осведомительных сигналов (логических условий) для управляющего автомата.

Управляющий автомат (УА) генерирует последовательность управляющих сигналов { у }, обеспечивающую выполнение в операционном автомате заданной последовательности элементарных действий, которая реализует алгоритм выполняемой операции. Управляющая последовательность генерируется в соответствии с заданным алгоритмом и с учетом значений логических условий х, формируемых ОА.

Часто операционное устройство может выполнять несколько различных операций (например, арифметико-логическое устройство может выполнять четыре арифметических действия и несколько логических операций над входными словами). В этом случае на вход УА поступает команда C, определяющая тип выполняемой операции. Кроме того, поскольку различные операции над различными данными выполняются за разное время, УА формирует сигнал g, отмечающий окончание операции и готовность выходных данных.

(Страница90)

Таким образом, любое операционное устройство — процессор (который обычно, в свою очередь, представляют состоящим из двух операционных устройств: АЛУ — арифметико-логического устройства и ЦУУ — центрального устройства управления), канал ввода/вывода, контроллер внешнего устройства — можно представить как композицию операционного и управляющего автоматов. Операционный автомат, реализуя действия над словами информации, является исполнительной частью устройства, работу которого организует управляющий автомат, генерирующий необходимые последовательности управляющих сигналов.

Такой подход позволяет разработать эффективные процедуры синтеза ОА и УА, формализовать эти процедуры и, в некоторых случаях, автоматизировать процесс синтеза цифровых устройств.