В течение последних лет в нашей стране вышло несколько десятков книг советских и зарубежных авторов по вопросам проектирования и использования микропроцессоров и микропроцессорных систем. Интерес к литературе по этой тематике не ослабевает и в настоящее время.
Автор данной книги Э. Клингман известен советскому читателю по изданной в СССР монографии1'. Новая книга Э. Клингмана знакомит главным образом со специальными вопросами создания цифровых систем на основе устройств с микропрограммным управлением и разрядно-модульной организацией. Значительное внимание автор уделяет вопросам, которые в литературе по микропроцессорным системам освещены лишь в незначительной степени.
Все большее распространение при разработке специализированных вычислительных систем приобретают матричные логические схемы и устройства с микропрограммным управлением и разрядно-модульной организацией. Такой набор средств характеризуется гибкостью и универсальностью. Использование указанных средств позволяет создавать системы высокого быстродействия, архитектура которых учитывает специфику решаемой задачи (точность вычислений, характер и структуру данных и т. п.).
Одной из особенностей книги является попытка автора дать вводные положения теории машин с конечным числом состояний, определить ее связь с традиционной теорией автоматов и использовать этот формальный аппарат для изучения матричных логических схем. Принципам построения и использования матричных логических схем уделено большое внимание. Способ формального описания логических схем матричного типа согласуется с описанием машин с конечным числом состояний. Используемые при этом понятия и система обозначений могут повлиять на развитие аппарата формального описания проектов цифровых систем.
Большое внимание автор уделяет устройствам управления выполнением программы. Их рассмотрение он начинает с -абстрактного представления на уровне матричных логических схем. Подробно описаны широко распространенные устройства данного типа.
Ценность ^материала книги в значительной мере определяется представленными в ней ^примерами проектирования реальных систем: системы обработки изображений с использованием метода цифровой фильтрации, основанного зую ЫСТ'50М пРе°бРазовании Фурье; вычислительной системы, в которой реали-уются операции над числами, представленными в форме с плавающей точкой;
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к русскому изданию........... 5
Предисловие................ 7
Глава 1. ОСНОВЫ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 10
Основные функции............... 12
Последовательное выполнение команд....... 21
Алгоритмы............... 23
Изменение последовательности выполнения команд .... 30
Заключение............... 35
Г л а в а 2. ПРОЦЕССОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ....... 36
Процессорный элемент Ат2901 фирмы Advanced Micro Devices 42
Процессорный элемент Am2903 фирмы Advanced Micro Devices 47
Процессорный элемент 3002.......... 56
Тракты передачи данных ПЭ 3002......... 60
Микропроцессоры 74S481 фирмы Texas Instruments .... 61
Заключение...... ....... 65
Глава 3. МАШИНЫ СОСТОЯНИИ И ТЕОРИЯ АВТОМАТОВ . . 66
Машины состояний...........- 66
Теория автоматов.............• 79
Г л а в а 4. МАТРИЧНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ..... 81
Принципы описания матричных логических схем..... 81
Реализация «матричной логики»........ . . 88
Комбинационные логические схемы........ °*
Программируемые матрицы ... ...... *>
Диодные логические матрицы.......... -™
Программируемый мультиплексор.......... Ц™
Логические устройства с программируемыми матрицами . . Jjj°
Реализация универсальной машины состояний..... |у^
Арифметические матричные структуры....... по
Сегментированные матричные логические структуры .... ||*
Логические матрицы и булева алгебра....... iifi •
Логические матрицы с программируемым полем.......I1"
Описание классов машин средствами представления матричных <
логических схем............ |'?
Канонические формы . . .........• • J^i
Карты Карно............. \vj
Проект десятичного счетчика на триггерах D-типа .... J**
Когда следует использовать данную технологию?..... |*|
Методология проектирования СБИС......... Jfe
Заключение............... 1
Г л я в я R. МИКРОПРОГРАММИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО УПРАВ-
ОГЛАВЛЕНИЕ 363
Архитектура и реализация........... 147
Горизонтальное и вертикальное микропрограммирование . . 148
Ортогональная структура системы ввода ....... 154
Двумерное адресное пространство УУ'ВП 3001 фирмы Intel . . 159
Безусловный переход в двумерном адресном пространстве . . 160
Расширенная структура адресации......... 162
Стек подпрограмм.............. 165
Разрядно-модульная организация УУВП, построенного на БИС
Агп2909............... 169
Эмуляция архитектуры посредством микропрограммирования 172
Теория структур управления .......... 175
Управляющие структуры, реализуемые устройством Ат2910 176 Рассмотрение временных характеристик: конвейерная обработка
данных............... 190
Другие подходы к построению архитектуры, обеспечивающей высокое быстродействие.........: 194
Типы архитектуры процессоров, использующих УУВП Ат2910 200
Заключение.............. 201
Глава 6. ДВУМЕРНАЯ ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ .... 203
Этапы проектирования ............ 203
Формулировка задачи............ 204
Анализ задачи.............. 204
Обработка видимого изображения.......... 205
Дискретное преобразование Фурье......... 212
Быстрое преобразование Фурье (БПФ) . ....... 218
Заключение.............. 235
Г л а в а 7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ С МИКРОПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ , . 236
Способы реализации операций с плавающей точкой .... 236
Системы счисления и функции......... 238
Метод доступа к данным........... 239
Синтаксический анализ в операциях с плавающей точкой . 239 Представление подсистемы с плавающей точкой в виде машины
состояний . ............. 241
Устройство управления выполнением программы 3001 . . . 244
Разработка архитектуры процессора с плавающей точкой . . 264
Архитектура процессора с плавающей точкой...... 274
Заключение.............. 295
Г л а в а 8. СИСТЕМА КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ДВУМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИИ ......... 297
Передача двумерных изображений........ 297
Протокол передачи изображения......... 298
Архитектура УССВ............ 301
Процедуры кодирования в системе передачи изображения . . 306
Формат блока данных............ 308
Управляющие поля устройства 2901........ 311
Описание интерфейса устройства сжатия — восстановления данных и буфера............. 312
Проверка наличия синхронизации строк сканирующего устройства 314
Синхронизация сигналов сдвига и состояния...... 314
Алгоритм DFC-20 фирмы Ricoh . ......... 318
Обеспечение синхронизации при использовании процедуры коди-
Цена: 150руб.
