302

Оскільки у комп'ютерах кількість мікронаказів може досягати декількох сотень, мі-крокоманда в цьому випадку стає дуже широкою.

Кількість керуючих бітів мікрокоманди зменшують використовуючи наступні спо­соби:

■ Групуванням бітів. В групи об'єднуються такі мікронакази, які завжди викону­
ються одночасно. При цьому для групи виділяється лише один біт.

■ Групування форматів. В групи об'єднуються такі мікронакази, з яких в даному так­
ті виконується тільки один. Ці мікронакази кодуються в полі, де кількість бітів k = log₂L,
де L - кількість мікронаказів.

■ Групування мікронаказів. Групі мікронаказів виділяється один біт мікрокоманди та використовується багатотактова синхронізація.

При використанні вертикального мікропрограмування мікрокоманда складається з полів коду мікрооперації, коду умов переходу і адреси наступної мікрокоманди, як це було розглянуто раніше (рис. 8.17). Тобто формат мікрокоманди подібний до форма­ту команди комп'ютера. Цей метод дозволяє більш ефективно використовувати поля мікрокоманди, тобто команда є коротшою, а об'єм пам'яті меншим, порівняно з гори­зонтальним мікропрограмуванням. Разом з тим, горизонтальне мікропрограмування є швидшим, оскільки не вимагає використання дешифраторів.

8.4. Порівняння пристроїв керування з жорсткою логікою та пристроїв мікропрограмного керування

Вище були розглянуті два основних методи побудови логіки формування сигналів керування. Перший з них, який одержав назву "жорсткої" або "запаяної" логіки, вира­жається в тому, що для кожної команди процесора існує набір логічних схем, які в по­трібних тактах збуджують відповідні сигнали керування. Другий метод, який називають принципом мікропрограмного керування, передбачає формування сигналів керування за вмістом регістра мікрокоманд, в який мікрокоманди записуються із пам'яті мікро-команд. Шляхом послідовного зчитування мікрокоманд із пам'яті в цей регістр орга­нізується потрібна послідовність сигналів керування. Завдяки тому, що мікрокоманди записуються до пам'яті, вміст якої при потребі можна частково, або повністю замінити, пристрої мікропрограмного керування мають наступні основні переваги в порівнянні з пристроями керування з жорсткою логікою:

• В них можна використовувати мікропрограми, які вже були відлагоджені та апро­бовані на інших комп'ютерах.

• Шляхом заміни мікропрограми в пам'яті мікрокоманд комп'ютер можна модифі­кувати з метою покращання технічних характеристик чи розширення функцій, і, тим самим, продовжити термін його використання.

---

303

■ Можуть бути використані наробки мікропрограм в наступних поколіннях ком­п'ютерів однієї сім'ї.

■ Мікропрограмування є простішим, ніж керування з жорсткою логікою, що спро­
щує розробку пристрою керування.

■ Простішим є обслуговування мікропрограмованих комп'ютерів та їх відлагоджен-
ня завдяки простішій заміні мікрокоманд та мікропрограм.

В швидкодії мікропрограмне керування програє керуванню з "жорсткою" логікою. Тому, завдяки створенню мов опису апаратних засобів комп'ютера та потужних про­грамних засобів високорівневого проектування, пристрої керування з жорсткою логі­кою знайшли ширше застосування в сучасних комп'ютерах.

8.5. Короткий зміст розділу

Пристрій керування є одним з вузлів процесора. Відомі два основних методи по­будови пристроїв керування: пристрої керування з жорсткою логікою та пристрої мікропрограмного керування. В комп'ютері, крім пристрою керування центрального процесора, можуть використовуватись пристрої керування вузлами комп'ютера, на­приклад, пристрої керування операційними пристроями АЛП, пристрій керування процесора введення-виведення і т. д. Принципи побудови вказаних пристроїв є іден­тичними.

Розглянуто структуру та організацію роботи пристрою керування з жорсткою логі­кою, а також методи проектування пристроїв керування з жорсткою логікою: на основі таблиць станів, на основі тактованих елементів часової затримки, та на основі лічиль­ників.

Метод таблиць станів передбачає розгляд пристрою керування як цифрового авто­мату. Цифровий автомат подано у вигляді його математичної (абстрактної) і структурної моделей, які відповідно називаються абстрактним та структурним автоматами. Абстрак­тну модель використано на першому етапі проектування, коли описується функціону­вання автомату, тобто правила переробки вхідної інформації у вихідну. На цьому етапі автомат подано у вигляді автоматів Мілі, Мура та С-автомату. Слід зауважити, що роз­гляд абстрактної моделі цифрового автомату дозволяє проводити його попередню опти-мізацію ще до етапу структурного синтезу. Показано приклад застосування структурної моделі для побудови схеми цифрового автомату.

Описано основні засади проектування пристроїв керування з жорсткою логікою на основі синхронних елементів часової затримки та на основі лічильників. Відзначено, що вихідними даними для такого проектування є часові зміни сигналів керування, отрима­ні з часової діаграми роботи комп'ютера.

Описана робота пристрою мікропрограмного керування. Наведені основні понят­тя мікропрограмування: мікронаказ, мікрокоманда, мікропрограма, горизонтальне та вертикальне мікропрограмування. Сформовані принципи, покладені в основу побудови пристрою мікропрограмного керування, серед яких в першу чергу необхідно відзначити те, що кожній команді з системи команд комп'ютера ставиться у відповідність мікропро­грама її виконання в комп'ютері, всі мікрокоманди зберігаються в пам'яті мікрокоманд,

---

304

а для реалізації деякої команди необхідно зчитати з пам'яті мікрокоманд відповідну мі-кропрограму та подати розподілену в часі послідовність керуючих сигналів на відповідні керуючі входи вузлів комп'ютера. Розглянуті питання розміщення мікрокоманд в пам'я­ті, формат мікрокоманди та способи його оптимізації. Порівняння пристроїв керування з жорсткою логікою та пристроїв мікропрограмного керування показало, що перші є швидшими, а другі, завдяки тому, що мікрокоманди записуються до пам'яті, вміст якої при потребі можна частково, або повністю, замінити, є простішими при проектуванні та обслуговуванні.

8.6. Література для подальшого читання

До перших публікацій з питань проектування пристрою керування комп'ютера на основі цифрових автоматів Мілі, Мура, С-автомату, а також принципи побудови при­строїв мікропрограмного керування належать праці [5-9]. Серед перших книг з питань синтезу цифрових автоматів необхідно виділити книгу [3]. Цьому ж питанню присвяче­на і книга [17]. Побудова пристроїв керування на основі синхронних елементів часової затримки та лічильників описана в роботі [10]. З питань оптимізації мікропрограм до­цільно почитати роботи [11-13], а в роботах [14-16] описані основні принципи макро­програмування.

8.7. Література до розділу 8

1. Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов. - М.: Энергия, 1978. - 408 с.

2. Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. - Л.: Энергия, 1974. - 215 с.

3. Глушков В. М. Синтез цифрових автоматов. - М.: Физматгиз, 1962. - 476 с.

4. Huffman D. A. The synthesis of sequential switching circuits. 1954, vol. 257, № 3, p. 161-190; № 4. p. 275-303.

5. Kochen M. Extension of moore-shannon model for relay circuits. - "IBM Journ. Res. and Devel." 1959, vol. 3, № 2, p. 169-186.

6. Mealy G. H. A method for synthesizing sequential circuits. - "BSTJ", 1955, vol. 34, № 5, p. 1045-1079.

7. Wilkes M. V., Stringer}. B. Microprogramming and the design of the control circuits in an electro­nic digital computer. - "Proc. Cambridge Philos. Soc". 1953, vol. 49, № 4, p. 230.

8. Wilkes M. V. Microprogramming. - "Proc. East. Joint Corn-put. Conf." 1959, vol. NT-114, № 7. p. 18-20.

9. Wilkes M. V., Renwick W, Wheeler D. J. The design of the control unit of an electronic digital computer. - "Proc. of the Inst of El. Eng.", pt. B, 1958, vol. 105, № 20, 121 p.

10. Hayes J.P. Computer Architecture and Organization. McGRAW-Hill, 1988.

11. Agerwala, T.: "Microprogram Optimization: A Survey", IEEE Trans. Comput, vol. C-25, pp. 962-973, October 1976.

12. Das, S. R., D. K. Banerji, and A. Chattopadhyay: "On Control Memory Minimization in Microp­rogrammed Computers", IEEE Trans. Comput., vol. C-23, pp. 845-848, September 1973.

13. Davidson, S., et al: "Some Experiments in Local Microcode Compaction for Horizontal Machi­nes", IEEE Trans. Comput., vol. C-30, pp. 4«M77, July 1981.

---

305

14. Agrawala, A. K., and T. G. Rauscher: Foundations of Microprogramming: Architecture, Software,
and Applications, Academic, New York, 1976.

15. Andrews, M.: Principles of Firmware Engineering in Microprogram Control, Computer Science Press, Potomac, Md., 1980.

16. Husson, S. S.: Microprogramming: Principles and Practices, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1970.

17. Kohavi, Z., Switching and Finite Automata Theory, 2d ed., McGraw-Hill, New York, 1978.

8.8. Питання до розділу 8

1. Призначення пристрою керування

2. Що таке мікрооперація?

3. Що таке мікронаказ?

4. Що таке мікрокоманда?

5. Що таке мікропрограма?

6. Назвіть місце поступлення керуючих сигналів

7. Назвіть два основних методи побудови логіки формування керуючих сигналів

8. В чому заключається принцип керування "жорсткої" або "запаяної" логіки?

9. В чому заключається принцип мікропрограмного керування?

10. Наведіть типову структурну схему пристрою керування з жорсткою логікою та поясніть
її роботу

11. Для чого призначений блок синхроімпульсів?

12. Для чого призначений лічильник тактів?

13. Для чого призначені дешифратор коду операції та дешифратор тактів?

14. Назвіть методи проектування пристрою керування з жорсткою логікою

15. В чому заключається суть методу методом таблиць станів?

16. Що таке абстрактна та структурна моделі цифрового автомату?

17. Наведіть формальний опис абстрактного автомату

18. Опишіть автомат Мілі

19. Опишіть автомат Мура

20. Опишіть С-автомат

21. Опишіть таблицю переходів, таблицю виходів та таблицю з'єднань автомату Мілі

22. Опишіть таблицю переходів, таблицю виходів та таблицю з'єднань автомату Мура

23. Опишіть таблицю переходів, таблицю виходів та таблицю з'єднань С-автомату.

24. Як будується граф автомату Мілі?

25. Як будується граф автомату Мура?

26. Як будується граф С-автомату?

27. Поясніть етапи канонічного методу структурного синтезу цифрового автомату

28. Як використовують тактовані елементи часової затримки при побудові пристрою керу­вання?

29. Як використовують лічильники при побудові пристрою керування?

30. Як будується часова діаграма роботи комп'ютера?

31. Які основні принципи покладені в основу побудови пристрою мікропрограмного керу­вання?

32. Приведіть формат мікрокоманди

---

306

33. Приведіть структуру пристрою мікропрограмного керування та поясніть організацію
його роботи.

34. Які функції контролера послідовності мікрокоманд?

35. Як формується адреса мікрокоманди?

36. Як організовані мікропрограми в пам'яті мікрокоманд?

37. Що таке горизонтальне мікропрограмування?

38. Що таке вертикальне мікропрограмування?

39. Які є способи зменшення кількості керуючих бітів мікрокоманди при використанні гори-зонтального мікропрограмування?

40. Порівняйте пристрої керування з жорсткою логікою та пристрої мікропрограмного керу-вання.

---

Смотрите также файлы

• Екологія посібник.doc

• LR3_[5405].doc

• Питання до модуля 1 з АК.doc

• Питання до 1 модуля з КЕ.doc

• ДБН В.3.2-2-2009_Жил_здания_реконст_кап_ремонт.doc