Лекции по Вычислительным машинам, системам и сетям   

1. Электронные вычислительные машины общего назначения

1.3. Устройства управления

Каждая машинная команда требует для своей реализации несколько машинных тактов. В каждом такте УУ обеспечивает выдачу необходимого набора управляющих сигналов. Такой набор управляющих сигналов принято называть микрокомандой, а последовательность микрокоманд, необходимую для выполнения какой-либо машинной команды, - микропрог-раммой этой команды. Существует два основных способа построения логики управляющего устройства:

- устройство с «жесткой логикой», в котором для каждой реализуемой в процессоре операции строится набор схем, в нужных тактах возбуждающих соответствующие управляю-щие сигналы;

- микропрограммное устройство управления, в котором все необходимые микропрограммы хранятся в памяти (как правило, в ПЗУ) в виде последовательностей микрокоманд, а любая микрокоманда при этом несет в себе информацию обо всех вырабатываемых в данном такте управляющих сигналах и об адресе следующей микрокоманды.

В настоящее время УУ с «жесткой логикой» используются довольно редко, так как любые изменения в системе команд приводят к переделке УУ с «жесткой логикой», в то время как для микропрограммного УУ достаточно будет перепрограммировать ПЗУ. Типичная структура микропрограммного УУ приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2

Работа схемы осуществляется следующим образом. Из ОП считывается очередная машинная команда. Код операции этой команды дешифрируется и подается на устройство формирования адреса микрокоманд, которое вырабатывает адрес первой микрокоманды соответствующей микропрограммы. Эта микрокоманда считывается из памяти и помещается в регистр микрокоманд. Операционная часть микрокоманды дешифрируется (в общем случае) и соответствующие управляющие сигналы подаются на АЛУ (вернее на операционный блок). Адресная часть микрокоманды определяет адрес следующей микрокоманды.

Также в процессе формирования адреса следующей микрокоманды могут принимать участие и снимаемые с АЛУ признаки, например признак «нулевого результата» и другие подобные. Эти признаки позволяют организовывать в микропрограммах условные переходы. Последняя микрокоманда микропрограммы несет в себе информацию о том, что она является последней и, следовательно, можно считывать из ОП следующую машинную команду.

В зависимости от способа формирования управляющих сигналов различают горизонтальное, вертикальное и смешанное микропрограммирование. При горизонтальном микропрограммировании каждый разряд кода микрооперации микрокоманды ставится в соответствие одному из возможных управляющих сигналов или одной из возможных микроопераций. Если в разряде стоит единица, то соответствующая микрооперация в данном такте выполняется, если ноль – нет. При таком способе операционная часть микрокоманды содержит m разрядов, где m – общее число микроопераций в процессоре.

Достоинством такого способа является возможность одновременного выполнения в одном такте любого набора микроопераций и простота формирования управляющих сигналов, которые просто снимаются из соответствующих разрядов микрокоманды. Указанный на рис. 1.2 дешифра-тор оказывается не нужен. У этого способа имеется недостаток, так как при большом числе управляющих сигналов (несколько сотен) формат микрокоманды становится недопустимо большим. В этом случае следует использовать вертикальное микропрограммирование.

При вертикальном микропрограммировании код микрооперации в микрокоманде задает одну из микроопераций. Длина операционной части микрокоманды значительно сокращается и составляет log2m, однако такая микрокоманда требует дешифрации. При таком способе невозможно задать в одном такте более одного управляю-щего сигнала, что снижает быстродействие процессора.

В настоящее время наибольшее распространение имеет смешанное микропрограммирование, в котором сочетаются методы горизонтального и вертикального микропрограм-мирования. Например, можно разбить все микрооперации на группы и внутри любой группы использовать вертикальное, а между группами – горизонтальное микропрограммирование.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.