Файл: Вводый курс цифровой электроники (К.Фрике, 2003).pdf

сдвиговый регистр

Рис. 15.3. Типичное ориентированное по шинам регистерно-арифметичес- кое устройство.

Константы, которые необходимы операционному блоку для вы­ полнения арифметических операций, могут быть установлены с по­ мощью аппаратных средств либо заданы частью управляющего век­ тора на шину данных.

15.3.2. Система шин

Работа операционных блоков основывается на применении систем шин. В качестве альтернативного варианта применяются мульти­ плексоры, которые управляют потоком сигналов.

Технологическими предпосылками применения шин являются:

•применение выходов типа tri-state

•Высокий коэффициент разветвления драйверов шин, малая на­ грузка, соответствующая входам вентилей.

•Управление шинами происходит в соответствии тактовыми сигналами.

Важно, чтобы фазовый сдвиг тактового сигнала оставался в заданных границах, поскольку к шине при наличии разреша­ ющего сигнала «Enable» в любой момент времени может быть

Глава 15. Принципы построения микропроцессоров

подключен только один выход. Большинство блоков драйве­ ров шин рассчитывается так, чтобы столкновения не имели места. Пусть с помоп];ью имеюш;их одинаковую длину симво­ лов Enable («разрешаюп];ий») и disable («запреп1;ающий») осуш;е- ствляется управление двумя выходами, работаюш;ими на одну ширину. В этом случае результируюш;ее время, в течение ко­ торого один из выходов остается низкоомным, должно полно­ стью лежать внутри интервала времени, в течение которого другой выход является высокоомным.

•В системах шин все схемные блоки имеют, как правило, оди­ наковую ширину слов.

Преимуш;ества шинных систем заключаются в том, что им требу­ ется меньшее количество проводников, и в том, что они являются более гибкими, но зато они имеют меньшее быстродействие, чем обычные проводные схемы.

15.4. Управляющие блоки

Различают управляющие блоки с фиксированной структурой и управляюп];ие блоки с микропрограммным управлением. Первые имеют большее быстродействие. Их предпочитают вводить, когда требу­ ется реализация малого числа команд. Это справедливо ^\ля компью­ теров типа RISC (reduced instruction set computers, «компьютеры с уменьшенным набором команд»).

Управляюш;ие блоки с микпропрограммным управлением явля­ ются очень гибкими, их можно легко приспособить для различных случаев применения. С другой стороны они являются более медлен­ ными, поскольку требуют времени J\ля вывода команды из ЗУ.

Объясним функцию типичного управляющего блока с помопдью рис. 15.4. Для каждой команды машинной программы в ROM стар­ товых адресов содержится стартовый адрес, по которому в ROM микропрограмм можно найти первую микропрограммную команду из последовательности команд, соответствуюш;их указанной коман­ де, заданной в машинном коде. Часть машинной команды, которая определяет выбор регистра операционного блока, прямо передается в операционный блок. В рассматриваемом случае могут быть обра­ ботаны 256 машинных команд.

Между ROM стартовых адресов и ROM микропрограмм включен мультиплексор, который позволяет получить три разных адреса р,ля следуюш;ей микрокоманды:

15.4' Управляющие блоки

•первая микропрограммная команда задается с помощью ROM стартовых адресов;

•с помощью инкрементной переключательной схемы адрес мо­ жет быть повышен на 1;

•при переходах часть микрокоманды может быть использована как адрес следующей команды. Как правило, возможны так­ же условные переходы. Для этого опрашивается флаг-регистр, в котором находится полученная из операционного блока ин­ формация о результате счетной операции.

lKx32Bit

регистр микрокоманд 32Bit

MUX 8:1

Р и с . 15 . 4 . Типичный управляющий блок.

На основе микропрограммного командного слова формируются управляющие команды для АЛУ. Для того, чтобы это можно было провести с малыми затратами и без дальнейшего декодирования, по большей части для определенной управляющей линии АЛУ исполь­ зуется один бит микропрограммной команды.