ЦУУ с микропрограммной логикой




Центральное устройство управления

Центральное устройство управления — это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. ЦУУ вырабатывает управляющие сигналы (УС), необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В связи с этим можно считать ЦУУ преобразователем первичной командной информации, представленной программой решения задачи, во вторичную командную информацию, представляемую управляющими сигналами.

Модель устройства управления (УУ) представлена на рис. 1.

 

 
 

 


Рис.1 Модель устройства управления

 

Для выполнения своих функций УУ должно иметь входы, позволяющие определить состояние управляемой системы, и выходы, через которые осуществляется управление поведением системы.

Входной информацией для УУ служат:

- тактовые импульсы. С каждым тактовым импульсом УУ инициирует выполнение одной или нескольких микроопераций;

- код операции (КОП) текущей команды поступает из регистра команды и используется, чтобы определить, какие микрооперации должны выполняться в течение машинного цикла;

- флаги. Требуются устройству управления для оценки состояния процессора и результата предшествующей операции, что необходимо для выполнения команд условного перехода;

- сигналы из системной шины. Часть сигналов системной шины, обеспечивающая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т. п.

В свою очередь, УУ формирует следующую выходную информацию:

- внутренние сигналы управления– эти сигналы воздействуют на внутренние схемы процессора и относятся к одному из двух типов:

1) сигналы управления перемещением данных между регистрами процессора;

2) сигналы, определяющие функции операционного устройства процессора;

- сигналы в системную шину. Управляющие сигналы в память и управляющие сигналы в модули ввода/вывода.

 

В общем случае ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

¨ выборки из памяти кода очередной команды;

¨ расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

¨ выборки операндов и выполнения машинной операции;

¨ обеспечения прерываний при выполнении команд;

¨ формирования адреса следующей команды;

¨ учета состояний других устройств машины;

¨ инициализации работы контроллеров (каналов) ввода-вывода;

¨ организации контроля работоспособности ЭВМ.

 

В обобщенной структуре УУ можно выделить две части: управляющую и адресную.

Управляющая часть УУ предназначена для координации работы операционного блока ВМ, адресной части УУ, основной памяти и других узлов ВМ.

 

В состав управляющей части входят:

- регистр команд (РК), состоящий из адресной и операционной частей;

- микропрограммный автомат;

- узел прерываний и приоритетов.

Регистр команд предназначен для приема очередной команды из ЗУ. Микропрограммный автомат на основании расшифровки операционной части команды вырабатывает определенную последовательность микрокоманд, вызывающих выполнение всех целевых функций УУ.

Узел прерываний и приоритетов позволяет реагировать на различные ситуации, связанные как с выполнением рабочих программ, так и с состоянием ВМ.

Адресная часть УУ обеспечивает формирование адресов команд и исполнительных адресов операндов в основной памяти.

 

Адресная часть включает в себя:

- операционный узел УУ;

- регистр адреса;

- счетчик команд.

Регистр адреса используется для хранения исполнительных адресов операндов, а счетчик команд для формирования и хранения адресов команд. Содержимое этих регистров посылается в регистр адреса основной памяти для выборки операндов и команд соответственно. Операционный узел УУ обрабатывает адресные части команд, формируя исполнительные адреса операндов, а также подготавливает адрес следующей команды при выполнении команд перехода.

 

К основным характеристикам ЦУУ следует отнести:

- способ построения цикла работы ЦУУ и ЭВМ в целом;

- способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ.

- общая организация управления ЭВМ;

- принцип формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналов;

 

По способу построения рабочего цикла различают ЦУУ:

¨ с прямым циклом,

На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.

¨ с обращенным циклом,

В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.

¨ с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).

По способу синхронизацииработы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают ЦУУ:

¨ с постоянным числом тактов;

¨ с переменным числом тактов.

В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.

К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.

По общей организацииуправление может быть:

¨ централизованным

Блок управления ЦУУ вырабатывает все управляющие сигналы микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;

¨ смешанным

Применяются в процессорах, операционные и другие устройства которых имеют собственные узлы местного управления. Тогда блок управления ЦУУ, помимо сигналов микроопераций, вырабатывает так же сигналы для блоков местного управления;

По принципу организации цикловразличают ЦУУ:

¨ синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;

¨ асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;

¨ смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.

 

По принципу формирования микрокоманд УУ различают микропрограммные автоматы

¨ с жесткой или аппаратной логикой;

¨ с программируемой логикой.

ЦУУ с жесткой логикой.

Управляющее устройство с жесткой логикой (аппаратный тип)– представляет собой логическую схему, вернее совокупность логических схем, вырабатывающих распределенные во времени функциональные управляющие сигналы. Изменить логику работы у таких управляющих автоматов можно, только переделав схему. Множество состояний таких управляющих автоматов задается набором запоминающих элементов (ячеек памяти), а функции переходов и выходов – реализуются набором логических элементов. При синтезе таких управляющих автоматов применяются законы алгебры логики.

 

ЦУУ с микропрограммной логикой

Процесс функционирования ВМ состоит из последовательности элементарных действий в ее узлах. Такие элементарные преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями.

Совокупность сигналов управления, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду.

В свою очередь последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок реализации машинного цикла, принято называть микропрограммой.

В управляющих автоматах с микропрограммной логикой каждой выполняемой машинной операции ставится в соответствие микропрограмма, хранимая в специальной памяти микропрограмм.

Итак, каждая микропрограмма - это определенная последовательность микрокоманд. Микрокоманда содержит операционную и адресную части.

Операционная часть микрокоманды содержит информацию о микрооперациях, выполняемых в различных блоках ЭВМ в течение одного машинного такта под управлением данной микрокоманды. В адресной части микрокоманды находится информация, необходимая для формирования адреса следующей микрокоманды.

В автоматах с программируемой логикой блок управления операциями выполняет функцию блока хранения и выборки кодов микрокоманд. В машинном такте производится выборка требуемой микрокоманды, выдача сигналов микроопераций, формирование адреса следующей микрокоманды, т.е. микрокоманды после выборки из памяти преобразуются в набор управляющих сигналов.

 





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!