шивки сердечников проводами, что представляло собой дорогостоящую операцию, занимающую много времени и требующую большой тщательности. Это приводило к тому, что стоимость ПЗУ была высокой, и, что самое главное, два одинаковых ПЗУ стоили вдвое больше одного. По-другому обстоит дело в ПЗУ на микросхемах. Процесс изготовления маски здесь также достаточно трудоемок, но в дальнейшем стоимость каждой микросхемы уменьшается с увеличением объема выпускаемой серии. Этим и объясняется то, что область использования ПЗУ неизмеримо расширилась. Не будет ошибкой сказать, что сейчас мы присутствуем при самых первых шагах развития самостоятельной области техники, базирующейся на использовании ПЗУ, ППЗУ и ПЛМ.

ГЛАВА ВТОРАЯ. МИКРОПРОГРАММЫ И ПРОЦЕССОРЫ 2.1. Подстановки и операции

Каким образом реализуются алгоритмы? Вспомним прежде всего что любой алгоритм строится на основании некоторой системы правил, причем эти правила можно отнести к одному из двух видов. Первый -это правила выполнения подстановок, второй - правила, задающие последовательность выполнения правил первого вида. Каждое правило первого вида непосредственно указывает, какое вхождение надо выбрать из слова, каким другим вхождением заменить исходное вхождение и куда именно в состав исходного слова поместить результат.

Разберемся попутно в терминологии. По определению (см. гл. 1) словом мы называли любую последовательность символов, взятых из данного алфавита. Никаких ограничений на длину слова, т. е. на число символов в слове, не задается. С одинаковым основанием мы можем назвать словом последовательность, состоящую из одного-единственного символа (и даже без символа-пустое слово) или, скажем, из нескольких сотен тысяч символов.

Вхождение - это часть слова, т. е., последовательность символов, взятых из данного алфавита, и опять-таки отсутствуют какие-либо указания, ограничивающие длину вхождения. Вхождение может представлять собой малую часть слова, а может представлять собой и все слово целиком. Нет никаких формальных признаков, позволяющих отличить вхождения от слова, кроме того, как правило, на практике вхождение представляет собой часть слова. Поэтому в дальнейшем, говоря о реализации алгоритмов, мы не станем пользоваться термином вхождение , а будем говорить о словах, имея при этом в виду, что слова представляют собой вхождения в более крупные слова.

Теперь можно сказать, что правила первого вида-это правила, указывающие на то, как отыскать данное слово, как заменить его на другое, новое, слово и куда поместить это новое слово. В общем случае такое правило состоит из трех частей, и каждая из этих частей имеет свое строго определенное значение.

Правила второго вида, задающие последовательность выполнения прав№1 первого вида, в свою очередь делятся на два основных класса. К первом? классу относятся безусловные правила. В общем случае безусловное правиле звучит так: вслед за данным выполняй правило такое-то. Особое значение, ка*

мы видели в гл. 1, имеет естественная последовательность. Согласно этой последовательности правила выполняются в том порядке, в котором они записаны (например, в памяти). Ко второму классу относятся условные правила. В общем случае они формулируются так: выполняй правило такое-то если данное условие удовлетворяется, а иначе выполняй правило такое-то. Большинство условий, входящих в состав условных правил, имеет характер вопросов, ответом на которые может служить либо да либо нет . Именно ответ на этот вопрос и служит основанием для выбора того или иного правила.

Какова последовательность выполнения правил первого и второго видов? Начнем с правил первого вида и в первую очередь с той их части, которая говорит, каким именно образом надо заменить одно слово другим. Ограничимся при этом словами из алфавита 0,1 (такие слова называют двоичными), т. е. будем рассматривать слова, представляющие собой последовательности нулей и единиц,. Тогда задача ставится следующим образом: сконструировать устройство, способное любой данной последовательности нулей и единиц поставить в соответстие любую другую последовательность нулей и единиц. Какая именно последовательность нулей и единиц должна получиться в каждом случае, в равной степени зависит как от исходной последовательности, так и от выполняемого правила. В самом общем виде устройство, отвечающее подобным требованиям, показано на рис. 2.1. Буквами Он обозначен вход, по которому в устройство поступает исходное слово (это слово называют операндом). В дальнейшем будем считать, что символы нашего алфавита (т. е. нули и единицы) представляются значениями электрического напряжения, под которым находится некоторый данный проводник. Символу О соответствует напряжение низкого уровня (не более нескольких десятых долей вольта), а возможно, и полное его отсутствие, символу 1 - напряжение высокого уровня (несколько вольт, а возможно, и несколько десятков вольт). Иногда устанавливают и другие условия. Вход Он может содержать один проводник. Тогда символы, составляющие слово, должны поступать в устройство последовательно один аа другим. Такое слово называют поеледовательным, а устройство- устройством последовательного

действия. При этом возникает самостоятельная задача определения того, какой по порядку символ поступает на вход устройства в каждый за- рис. 2.1. Арифметико-логическое данный момент. Для этого используют специаль- устройство ные сигналы, называемые синхронизирующими. Далее мы достаточно подробно обсудим их работу, а сейчас ограничимся указанием на то, что синхронизирующие сигналы поступают в устройство по входу, обозначенному буквой С.

Вход Он может также содержать столько проводников, сколько символов имеется в слове. Такие проводники называют разрядными. Вместо того, чтобы говорить число символов в слове , говорят число разрядов . Если число проводников равно числу разрядов, то все слово поступает на вход устройства одновременно. Однако и в этом случае необходимость в синхронизирующих сигналах остается. Просто теперь они служат для того, чтобы отличить одно слово от другого. Слово, все разряды которого передаются одновременно, называется параллельным, а о соответствующем устройстве говорят как об у с т р о й-твепараллельногодействия.

Возможны также промежуточные варианты, когда слово на вход устройства передается последовательно по частям, причем каждая часть содержит несколько разрядов.

Часть правила, непосредственно указывающая на то, каким образом следует преобразовать исходное слово (эту часть называют кодом операции), поступает в устройство по входу, обозначенному буквой К. Код операции также должен быть записан на некотором языке. Ясно, что самым простым и самым удобным будет случай, если код операции записывается на том же языке, что и слова, над которыми выполняются операции, т. е. на языке с алфавитом 0.1. Тогда код операции также представляет собой двоичное слово, которое может быть последовательным или параллельным.

Результат выполнения операции, очевидно, также представляет собой двоичное слово, последовательное, параллельное или смешанное, и появляется на выходе устройства, обозначенном на рис. 2.1 буквой. А. Результат выполнения операции в общем случае может зависеть не только от исходного слова (исходное слово в дальнейшем мы будем называть операндом) и кода операцип, но и от внутреннего состояния самого устройства. В частном случае результат предыдущей операции может сохраняться в устройстве н рассматриваться как внутреннее состояние или его часть.

Таковы в общих чертах функции устройства, выполняющего основную задачу, возникающую при реализации алгоритма, а именно задачу выполнения подстановок. Такие устройства получили название арифметико-логических, нли сокращенно АЛУ. Как же можно построить АЛУ?

Посмотрим на схему, показанную на рис. 2.2. Это хорошо знакомая вам схему ПЗУ (без дешифратора). Только вместо плавких перемычек здесь поставлены транзисторы. Каждый транзистор выполняет ту же функцию, что и плавкая перемычка. Если на затворе транзистора имеется напряжение высокого уровня (теперь можно сказать действует сигнал 1 ), транзистор проводит и соответствующий диод будет включен в цепь. Наоборот, если на затворе

SxoJ хода операции /г (ту:п проводов)

до о

о <

Выход результата A (n проводов)

Рис. 2.2. Схема ППЗУ