ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.12.2021
Просмотров: 5237
Скачиваний: 8
2 9 6
Глава 6. Устройства управления
•
флаги
— требуются устройству управления для оценки состояния ЦП и резуль-
тата предшествующей операции, что необходимо при выполнении команд ус-
ловного перехода;
•
сигналы из системной шины
— часть сигналов с системной шины, обеспечиваю-
щая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т. п.
В свою очередь, УУ, а точнее микропрограммный автомат, формирует следую-
щую выходную информацию:
•
внутренние сигналы управления —
эти сигналы воздействуют на внутренние
схемы центрального процессора и относятся к одному из двух типов: тем, кото-
рые вызывают перемещение данных из регистра в регистр, и тем, что иници-
ируют определенные функции операционного устройства ВМ;
•
сигналы в системную шину
— также относятся к одному из двух типов: управля-
ющие сигналы в память и управляющие сигналы в модули ввода/вывода.
Структура устройства управления
Как уже отмечалось ранее, процесс функционирования
состоит из последова-
тельности элементарных действий в ее узлах. Такие элементарные преобразова-
ния информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации,
называются микрооперациями
(МО). Совокупность сигналов управления, вызываю-
щих одновременно выполняемые микрооперации, образует
микрокоманду
(МК).
В свою очередь, последовательность микрокоманд, определяющую содержание и
порядок реализации машинного цикла, принято называть
микропрограммой.
Сиг-
налы управления вырабатываются устройством управления, а точнее одним из его
узлов —
микропрограммным автоматом
(МПА). Название отражает то, что
МПА определяет микропрограмму как последовательность выполнения мик-
роопераций.
Микропрограммы реализации перечисленных ранее целевых функций иници-
ируются
задающим оборудованием,
которое вырабатывает требуемую последова-
тельность сигналов управления и входит в состав управляющей части УУ.
Структура устройства управления 2 9 7
Выполняются микропрограммы
исполнительным
входящим
в состав основной памяти (для ЦФ-ВК и
и операционного устройства
(для ЦФ-ИО). Исполнительным оборудованием для целевых функций ЦФ-
ФАСК, ЦФ-ФИА служит адресная часть устройства управления. В обобщенной
структуре УУ (рис. 6.3) можно выделить две части: управляющую и адресную.
Рис. 6.3. Обобщенная структура устройства управления
Управляющая часть УУ предназначена для координирования работы операци-
онного блока ВМ, адресной части устройства управления, основной памяти и дру-
гих узлов ВМ.
Адресная часть УУ обеспечивает формирование адресов команд и исполнитель-
ных адресов операндов в основной
В состав управляющей части УУ входят:
• регистр команды (РК), состоящий из адресной (Адрес) и операционной (КОп,
СА) частей;
• микропрограммный автомат (МПА);
• узел прерываний и приоритетов
Регистр команды
РК предназначен для приема очередной команды из запоми-
нающего устройства. Микропрограммный автомат на основании результатов рас-
шифровки операционной части команды (КОп, СА) вырабатывает определенную
последовательность микрокоманд, вызывающих выполнение всех целевых функ-
УУ.
В зависимости от способа формирования микрокоманд различают
микропрог-
раммные автоматы:
• с жесткой или аппаратной логикой;
• с программируемой логикой.
МПА этих двух типов будет рассмотрена в
разде-
лах.
Узел прерываний и приоритетов
позволяет реагировать на различные ситуа-
ции, связанные как с выполнением рабочих программ, так и с состоянием ВМ.
2 9 8 Глава 6. Устройства управления
Адресная часть УУ включает в себя:
• операционный узел устройства управления
• регистр адреса (РгА);
• счетчик команд (СК).
Регистр адреса
используется для хранения исполнительных адресов операн-
дов, а
счетчик команд
— для выработки и хранения адресов команд. Содержимое
РгА и СК посылается в регистр адреса основной памяти (ОП) для выборки опе-
рандов и команд соответственно.
ОПУУ,
называемый иначе узлом индексной арифметики или узлом адресной
арифметики, обрабатывает адресные части команд, формируя исполнительные
адреса операндов, а также подготавливает адрес следующей команды при выпол-
нении команд перехода. Состав ОПУУ может быть аналогичен составу основного
операционного устройства ВМ (иногда в простейших ВМ с целью экономии затрат
на оборудование ОПУУ совмещается с основным операционным устройством).
Сказанное об адресной части УУ проиллюстрируем примерами. Пусть в ОПУУ
входят два индексных регистра
и индексный сумматор
как показано
на рис. 6.4.
Рис.
6.4. Пример реализации адресной части УУ
Для данной схемы микропрограмма формирования исполнительного адреса
имеет вид, представленный на рис. 6.5,
а.
ПРИМЕЧАНИЕ
Индексы при сокращениях П (Прием) и В (Выдача) обозначают фаз-
ность передаваемого кода. Каждый двоичный разряд однофазного кода
передается по одной цепи (и поступает только на вход S соответству-
ющего триггера). Каждый двоичный разряд
кода передается
по двум цепям (и
на входы S и R соответствующего триггера),
при этом не требуется предварительное обнуление триггера-приемника.
Выполняемые действия определяются полем способа адресации. Если СА ука-
зывает на индексную адресацию относительно
или
(СА 1, СА 2), то по
Структура устройства управления 2 9 9
Рис. 6.5. Микропрограмма формирования: а — исполнительного адреса;
б
— адреса
следующей команды
управляющему сигналу
индекс адреса из
подается на левый
вход сумматора
Одновременно по управляющему сигналу В
1
РК на правый вход
СМИ поступает адресная часть команды из регистра команды — РК(а). Осуществля-
ется микрооперация сложения, результат которой
по управляющему сигна-
лу
заносится в РгА. Если СА 3, то адрес формируется по способу прямой
адресации. В этом случае по управляющему сигналу
выполняется микроопе-
рация сложения адресной части РК с нулем. Результат сложения по управляюще-
му сигналу
с выхода СМИ записывается в РгА.
Микропрограмма формирования адреса следующей команды (ЦФ-ФАСК)
изображена на рис. 6.5,
б.
Видим, что естественное формирование адреса следую-
команды (с помощью СК) не производится, если исполняется команда безус-
ловного (БП) или условного (УП) перехода. Такой адрес формируется на этапах
ФИА и ИО, он равен исполнительному адресу (если это УП и условие перехода
выполняется, или если это БП).
В состав УУ могут также входить дополнительные узлы, в частности узел орга-
низации прямого доступа к памяти. Этот узел обычно реализуется в виде самосто-
- ятельного устройства — контроллера прямого доступа к памяти (КПДП). КПДП
обеспечивает совмещение во времени работы операционного устройства с процес-
сом обмена информацией между
и другими устройствами ВМ, тем самым по-
вышая общую производительность машины.
Довольно часто регистры различных узлов УУ объединяют в отдельный узел
управляющих (специальных) регистров устройства управления.
Все множество технологий, используемых при реализации микропрограммных
автоматов устройств управления, можно свести к двум категориям:
• МПА с «жесткой» логикой или аппаратурной реализацией;
• МПА с программируемой логикой.
3 0 0 Глава 6. Устройства управления
Микропрограммный автомат
с жесткой логикой
Обычно тип микропрограммного автомата (МПА), формирующего сигналы уп-
равления,
название всего УУ. Так, УУ с жесткой логикой управления
имеет в своем составе
с жесткой (аппаратной) логикой. При создании такого
МПА выходные сигналы управления реализуются за счет однажды соединенных
между собой логических схем.
Типичная структура микропрограммного автомата с жесткой логикой управ-
ления показана на рис. 6.6.
Исходной информацией для УУ (см. рис. 6.2) служат: содержимое регистра
команды, флаги, тактовые импульсы и сигналы, поступающие с шины управле-
ния.
Код операции, хранящийся в РК, используется для определения того, какие
СУ и в какой последовательности должны формироваться, при этом, с целью уп-
рощения логики управления, желательно иметь в УУ отдельный логический сиг-
нал для каждого кода операции
...,
Это может быть реализовано с по-
мощью дешифратора. Дешифратор кода операции преобразует код
операции,
поступающей из регистра команды (РК), в единичный сигнал
выходе.
Машинный цикл выполнения любой команды состоит из нескольких тактов.
Сигналы управления, по которым выполняется каждая микрооперация, должны
вырабатываться в строго определенные моменты времени, поэтому все СУ «при-
вязаны» к импульсам синхронизации (СИ), формируемым узлом синхроимпуль-
сов. Период СИ должен быть достаточным для того, чтобы сигналы успели рас-
пространиться по трактам Данных и другим цепям. Каждый СУ ассоциируется
с одним из тактовых периодов в рамках машинного цикла. Формирование сигна-
лов, отмечающих начало очередного тактового периода, возлагается
синхрониза-