INTRODUCCIÓN USANDO EL SIMULADOR

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN El programa es un simulador de un divisor salva-arrastre de 4 bits. Los operandos del divisor son números positivos. El dividendo tiene la forma N O.N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 N 6, y el divisor D O. D 1 D 2 D 3. Al ejecutar el fichero DIVISOR.EXE, aparece una ventana con la estructura del divisor, con sus conexiones y celdas, y el valor de cada señal en el instante inicial. El programa permite ver como evolucionan las señales en el tiempo para una entrada determinada. Además, se puede retroceder en el tiempo (hasta un límite), para poder ver instantes pasados, para la mejor comprensión de los instantes ya simulados. El simulador distingue entre señales estables y señales que están cambiando, presentándolas por pantalla de distinto color. Al principio de la simulación, solo están estables las líneas de entrada (operandos y líneas fijas a 0 o 1 ). Según avanzamos en el tiempo, además de ver cómo cambian las señales, se podrá observar cuando alcanzan su valor final (estable). USANDO EL SIMULADOR La ventana está dividida, durante toda la ejecución del programa en tres partes: menús desplegables, barra de ciclos, y circuito. La barra de ciclos está situada debajo de los menús desplegables, y sirve para avanzar y retroceder en el tiempo, como más tarde explicaremos. En el resto de la pantalla, se puede ver el circuito, con las celdas que lo componen, así como las líneas que las unen y sus valores. Además, en la parte de arriba a la derecha, se puede ver el valor de los operandos (dividendo y divisor), y el cociente esperado para esas entradas, tanto en formato binario como en formato decimal con fracciones. MOVIÉNDONOS EN EL TIEMPO La barra que aparece en la parte superior de la pantalla simboliza los ciclos. Antes de seguir, una anotación. Este circuito es combinacional, por tanto no es correcto hablar de ciclos en el sentido de la existencia de un reloj que hace que el circuito avance. Nos referimos a ciclos aquí como ciclos de simulación. El programa puede almacenar en memoria los 48 ciclos anteriores, en una historia. Cuando se inicia el programa, la historia está vacía, y por tanto, el indicador de la posición en la barra de ciclos aparece a la izquierda del todo. Para avanzar un ciclo en la simulación, existen cuatro formas: pulsar la flecha derecha del cursor, pulsar la tecla AvPag, pulsar F7, o ir al menú Ciclos, y seleccionar Avanzar. De cualquiera de las cuatro formas, el cursor de la barra avanza a la derecha, y el estado de las señales del circuito cambian al estado que tendrían un ciclo después. El programa, como hemos dicho, es capaz de almacenar solo los últimos 48 ciclos de simulación. Cuando se está en el ciclo 48 (dos antes del final de la barra de ciclos), si se avanza un ciclo, se puede ver que el estado del circuito cambia, es decir, que realmente avanza. Sin embargo, el cursor de la barra no se mueve a la derecha. Esto es debido a que no se pueden almacenar más ciclos. En realidad, la barra de ciclos no representa los ciclos que han pasado desde el inicio de la simulación, sino los ciclos almacenados en la historia. Cuando no pueden almacenarse más ciclos, el cursor parece no avanzar, aunque sí lo hace en realidad la simulación, perdiéndose el primer ciclo almacenado, que se pierde por la izquierda de la barra de ciclos. Para ir al ciclo anterior almacenado en la historia, existen también otras cuatro formas: pulsar la flecha izquierda del cursor, pulsar RePag, pulsar F2, o seleccionar en el menú Ciclos la opción Retrasar. Igual que antes, las cuatro hacen que el cursor de la barra retroceda, y el estado de las señales cambie al del ciclo anterior. Esta acción sólo se puede llevar a cabo si no se está al principio de la historia. 1

2 Si se quiere, también se puede avanzar hasta el final de la simulación, es decir hasta el momento en que el divisor ha acabado de dividir los operandos actuales. Eso se consigue pulsando F9, o seleccionando del menú Ciclos la opción Avanzar Todo. ESTABLECIENDO OPERANDOS El simulador se inicia con unos operandos por defecto, que son 46/64 para el dividendo, y 7/8 para el divisor, pero pueden seleccionarse otros. Para cambiarlos, puede pulsarse <CTRL+O>, o ir al menú Archivo, y seleccionar Operandos.... Saldrá un cuadro de diálogo para añadir los nuevos operandos. Evidentemente, el formato debe ser el adecuado para éste circuito: seis bits decimales para el dividendo, y tres para el divisor. El programa, además, no permitirá que el divisor sea cero. Por último, se debe garantizar que el cociente entra en los bits asignados para él, es decir, no hay Overflow. Para eso se fuerza a que los tres primeros bits del dividendo sean menores a los tres bits decimales del divisor. De ésta forma, se garantiza que el cociente será menor que uno, y por tanto, entra en el divisor. Los operandos pueden establecerse en cualquier momento de la simulación, y no necesariamente al principio de la ejecución del programa. Eso sí, los operandos sólo pueden cambiar cuando estamos situados al final de la historia, es decir, cuando no existen ciclos más adelante ya simulados. Si el usuario trata de cambiar las entradas cuando no está al final, se presenta un mensaje de alerta. TIPOS DE SEÑALES Podemos hacer una división de las señales en tres tipos, explicados a continuación. Las señales indefinidas sólo se tienen al principio de la simulación, cuando lo único que se ha hecho es establecer los operandos. No se sabe qué valores residuales tenían las señales, por tanto, se considera que la señal tiene un valor indefinido. Las señales que permanecen invariables en el tiempo son las estables. Inicialmente, son estables las señales constantes del circuito, y los operandos. Según se avanza en la simulación, van surgiendo más señales estables. Una señal será estable cuando todas las señales de las que depende también lo son. El resto de las señales son variables. LOS TIPOS DE SEÑALES EN EL SIMULADOR negro. El simulador distingue estas señales por el color con el que aparecen en la pantalla. Por defecto, las señales indefinidas aparecen en amarillo, las variables en azul, y las estables en Inicialmente, todas las señales son indefinidas, a excepción de las constantes y los operandos, que siempre se considerarán estables. Según avanza la simulación, se puede apreciar como las señales se van convirtiendo a señales estables. Si en un momento dado se cambia el valor de los operandos, todas las señales (a excepción de las de siempre), se convertirán a señales variables (color azul), que según avanza la simulación van descendiendo por el circuito, hasta desaparecer por la última fila. El cambio de señales a inestable no es selectivo, es decir, aunque solo cambie un bit de las entradas, se vuelven inestables todas las señales. Hay un pequeño fallo en el programa imposible de solucionar, que tiene que ver con la forma de simular el circuito, y con la forma de tratar las señales estables, que queda en evidencia nada más cambiar los operandos: todas las señales se vuelven inestables (correctamente). Sin embargo, en el ciclo siguiente, vuelven a surgir casi todas las señales estables (incorrectamente), que desaparecen al avanzar al siguiente ciclo. 2

3 No es posible solucionar esta situación, ya que cuando estamos situados al final de la historia, realmente estamos al final de la historia simulada completamente, pero existe un ciclo posterior, donde no todas las señales se han simulado, pero sí gran parte de ellas. Por tanto, cuando se cambian los operandos, el cambio a señales inestables solo se produce en las señales aún no simuladas, que son todas, excepto las del ciclo siguiente al que nos encontramos. OPCIONES COLORES Es posible cambiar los colores con los que aparecen las señales en la pantalla. Esto se consigue con las tres primeras posibilidades dentro del menú Opciones : con la primera se elige color para las señales estables (por defecto color negro), con la segunda para las variables o inestables (por defecto, color azul), y con la última, el color de las señales indefinidas (por defecto el amarillo). Además, con la opción Color texto, se puede elegir el color que tiene el texto que indica el nombre de las señales (Q0, Q1...). En los cuatro casos, surge un cuadro de diálogo que permite hacer la elección del color, al gusto del usuario. PRESENTACIÓN DEL TEXTO Por defecto, se presentan por pantalla los valores de todas las señales, incluso poniendo el símbolo? en las señales indefinidas, y se muestran con el color de la señal asociada, es decir, se muestran en amarillo si son indefinidas, azul si son variables y negro si son señales estables. Dentro del menú Opciones, si se elige Preferencias..., se abre un cuadro de diálogo para cambiar todo esto. Gracias a un cuadro de opciones, se puede especificar si se desea que el color del texto sea siempre negro o del color de la señal (opción al iniciar el programa). Un segundo cuadro, permite elegir si se desea que se muestre el símbolo? en las señales indefinidas o no. Un último cuadro permite elegir los tipos de señales de los que se quiere mostrar sus valores. No obstante, no se podrán dejar de ver los valores de las señales de entrada al circuito (operandos), ni el resultado final (cociente). CELDAS Y SUS RETARDOS Veamos la estructura de las celdas, para poder luego comprender un ejemplo de simulación que veremos después. 3

4 Cada celda y puerta tiene en el simulador un retardo asociado, clave a la hora de explicar la simulación. Las celdas A tienen dos ciclos de simulación de retardo, mientras que las celdas S y CLA, y las puertas XOR y NOT tienen un ciclo de retardo. EJEMPLO DE SIMULACIÓN Vamos a desarrollar la simulación de la división de (46/64) entre (7/8), que son los valores de las entradas al iniciarse el programa. Inicialmente todas las entradas tienen valor indefinido, a excepción de las constantes y las entradas. Un ciclo después, tan solo ha variado la salida Q i de la celda S de la primera fila, ya que sólo depende de K i, y tiene un solo ciclo de retardo. En el ciclo siguiente, las celdas A de la primera fila ya han analizado sus entradas estables, y han producido las salidas. Sólo consiguen tener estables las salidas que no dependen del carry-in generado por la celda de la derecha, es decir de C i j, ya que ésta señal todavía estaba indefinida en los ciclos anteriores. Por tanto, en el segundo ciclo, se consiguen las sumas generadas y carrys salvados de todas las celdas A de la primera fila, así como los carrys de salida de éstas, y que entran en la celda A de la izquierda. En el ciclo siguiente, la celda S tiene la salida S determinada, ya que solo necesita un ciclo para calcularla. En el ciclo siguiente, se consiguen las salidas de las celdas A útiles para la anticipación de arrastres. Se conocen en éste instante, ya que para calcularlos es preciso saber el carry-in de la celda (señal de la izquierda), que se conoció dos ciclos antes. Se puede decir, pues, que las celdas A pasan por dos etapas de cálculo. En la primera etapa, tienen todas las entradas, excepto el carry-in, y calculan la suma generada, el carry salvado, y el carry-out. En la segunda etapa, tienen el carry-in, y pueden calcular las señales que les quedan, las útiles para la anticipación de arrastres. Un ciclo después se conoce la salida de la CLA, y en el siguiente, la salida de la XOR. Aunque las entradas de las celdas A de la siguiente fila se conocen hace ya algunos ciclos, esas celdas no modifican sus salidas, ya que todas ellas dependen de la entrada K i, que no se conoce hasta que no se sabe la salida de la puerta XOR. Como decíamos, en el sexto ciclo, tenemos todas las señales de la primera fila establecidas. Además, las entradas de las celdas A de la fila siguiente se conocen, a excepción de las de carry-in, que todavía no se saben (igual que pasaba con la primera fila). Existe otra entrada que aún no se conoce, y que provoca que el comportamiento de esta fila difiera del de la anterior: la entrada de carry salvado de la última celda A (la situada a la derecha), ya que esa señal es Q 0, todavía no conocido. Por esta razón, ésta celda irá retrasada con respecto a las celdas de su fila. En el siguiente ciclo (el séptimo), la celda S ha calculado Q 0, que cómo era de esperar es 0, ya que este divisor sirve sólo para números positivos. Un ciclo después, las celdas A del centro de la fila han calculado sus salidas de la primera etapa. Existe una excepción. La penúltima celda A empezando a contar por la derecha, no sabe el carry salvado, pues depende únicamente del carry-in que todavía no se tiene, pues la celda de la derecha va retrasada. En el ciclo siguiente, la celda S de la fila obtiene todas sus salidas. Además, la celda A de la derecha acaba de calcular sus salidas. Aunque un ciclo después la celda A más a la izquierda ya tiene los bits necesarios para la propagación de arrastres, la CLA no empieza a actuar hasta un ciclo después, pues la otra celda iba con retraso, y hasta un ciclo después no lo calcula. 4

5 Es por esta razón por la que aunque algunas celdas van retrasadas con respecto a otras en la misma fila, al final, se iguala todo, pues la salida de la XOR no se conoce hasta que no han acabado todas las celdas. Las filas siguientes son análogas a la segunda, y por tanto, no las explicamos. 5