На примерах выполнения ЦПр отдельных команд, рассмотренных выше, можно видеть, что команда, задающая с точки зрения программиста элементарную операцию (например, сложение), в действительности задает последовательность еще более элементарных операций.
Эти элементарные операции, выполняемые различными устройствами, блоками и узлами ЭУМ по отдельным управляющим сигналам, называются микрооперациями, а указания, в соответствии с которыми они выполняются, — микроприказами.
Микроприказы, совокупность которых образует команду, делятся на совместимые и несовместимые.
Совместимые микроприказы задают микрооперации, которые могут выполняться в ЦПр одновременно без нарушения правильности выполнения команды.
Например, микрооперации в блоке АЛБ и ЗУ, а также пересылки информации через две различные шины в любом направлении могут выполняться одновременно, поэтому соответствующие микроприказы являются совместимыми.
Однако в АЛБ и ЗУ нельзя выполнить более одной операции в один и тот же момент.
Нельзя также выдавать одновременно в одну шину информацию из нескольких регистров.
Соответственно микроприказы ОЗУ Yчт и ОЗУ Yзп несовместимы.
Назовем совокупность совместимых микроприказов, используемую при управлении выполнением различных команд как единое целое и имеющую определенную структурную организацию, микрокомандой.
В структурном плане микрокоманда занимает по отношению к команде такое же место, как команда по отношению к программе, поэтому по аналогии с программой, представляющей собой связную последовательность команд, реализующую определенную функцию, будем называть микропрограммой связную последовательность микрокоманд, реализующую определенную команду или отдельные фазы ее выполнения.
|
|
Управление последовательностью выполнения, микропрограммы и реализацию микрокоманд осуществляет в БЦУ управляющий автомат.
Последний выбирает микропрограмму, необходимую для выполнения команды, поступившей в регистр РК, формирует набор управляющих сигналов, соответствующий совокупности микроприказов для каждой микрокоманды этой микропрограммы, и распределяет эти сигналы во времени, направляя их в нужные моменты в заданные узлы и схемы ЦПр.
В зависимости от способа реализации микропрограммного управления возможны два способа построения УА:
схемный и с записанной микропрограммой.
При схемном способе задания микропрограммы необходимая последовательность управляющих сигналов формируется последовательностными логическими схемами.
Быстродействие ЦПр ограничивается только временными характеристиками выбранной логической элементной базы.
Однако стоимость УА в этом случае примерно пропорциональна числу и сложности реализуемых микропрограмм (команд).
Кроме того, схемная реализация УА существенно увеличивает время его разработки, снижает его гибкость и возможности контроля работоспособности.
При способе построения УА, использующем записанные микропрограммы, последние задаются последовательностью микрокоманд, записанных в специальной памяти, называемой памятью микрокоманд ПМК.
При микропрограммном управлении быстродействие ЦПр дополнительно ограничивается временем обращения к ПМК.
Современный уровень технологии не позволяет получить ПМК, обладающие такими же временными характеристиками, как логические элементы, поэтому ЦПр с микропрограммным управлением обычно проигрывает по быстродействию ЦПр со схемным способом построения УА, использующим ту же элементную базу.
|
|
Несмотря на это способ микропрограммного управления нашел в последние годы широкое применение в процессорах ЭУМ.
Основными причинами, определяющими распространение микропрограммных УА, являются:
· возможность относительно легкой реализации сложных команд, имеющихся в системе команд ЭУМ (например, команд обработки «кусков» слов, работы с буфером, записи в разряд массива и др.);
· простота и эффективность контроля БЦУ в связи с тем, что логика его работы записывается в ПМК, для которой имеются эффективные средства контроля правильности считывания микрокоманд;
· возможность введения в БЦУ встроенной микропрограммной диагностики, позволяющей существенно уменьшить объем недиагностируемой программным путем части ЦПр;
· высокая гибкость БЦУ, выражающаяся в том, что путем изменения микропрограмм можно реализовать любые новые команды и легко вносить изменения в алгоритмы выполнения команд в процессе наладки ЦПр;
· возможность введения в БЦУ встроенной микропрограммной диагностики, позволяющей существенно уменьшить объем недиагностируемой программным путем части ЦПр;
· высокая гибкость БЦУ, выражающаяся в том, что путем изменения микропрограмм можно реализовать любые новые команды и легко вносить изменения в алгоритмы выполнения команд в процессе наладки ЦПр;
|
|
Учитывая широкое распространение микропрограммного управления в современных ЭУМ, рассмотрим принципы построения и работы микропрограммного управляющего автомата.
Основными структурными элементами микропрограммного УА являются:
регистр адреса микрокоманды РАМК, дешифратор адреса микрокоманды ДшАМК, память микрокоманд ПМК, регистр микрокоманд РМК, узел формирования адреса следующей микрокоманды УФАСМК, узел формирования последовательности управляющих сигналов УФПУС.
Кроме перечисленных структурных элементов, УА содержит ряд коммутаторов и декодирующих схем, связанных с полями регистра РМК.
Структурная схема микропрограммного управляющего автомата.
Регистр РАМК предназначен для хранения адреса микрокоманды в ПМК, который состоит из двух полей: старших и младших разрядов адреса.
Поле старших разрядов адреса МК связано с полем КОП регистра РК и некоторыми полями регистра РМК.
Поле младших разрядов адреса МК используется для организации переходов в выполняемой микропрограмме или к другим микропрограммам и связано с УФАСМК.
Полный адрес МК поступает из регистра РАМК в дешифратор ДшАМК.
Построение этого дешифратора зависит от организации ПМК.
Часто в качестве ПМК используют постоянную память, обеспечивающую хранение относительно небольшого количества многоразрядных слов и малое время обращения.
Такая память организуется, как правило, по системе 2D, т. е. представляет собой сетку, образованную двумя группами шин — шинами слов и шинами разрядов.
В тех разрядах слова, в которых должна быть записана 1, между шиной этого слова и соответствующей шиной разряда осуществляется соединение с помощью элемента, обеспечивающего передачу сигнала с шины слова в шину данного разряда
(например, диода, резистора, емкости, ферритового сердечника,
трансформатора и др.).
Для разрядов слова, содержащих 0, соответствующие соединения между шиной слова и шинами этих разрядов отсутствуют.
При описанном построении ПМК выходы дешифратора ДшАМК связаны с шинами слов, имеющих соответствующий адрес, и возбуждение (появление 1) какого-либо выхода приводит к возбуждению разрядных шин, соединенных с шиной считываемого слова
Считанное из ПМК слово, (микрокоманда) записывается в регистр РМК.
Структура РМК определяется форматом МК, который выбирается с учетом выполняемых микрокомандой функций, ограничений на объем ПМК и требований ко времени реализации МК.
ЛИТЕРАТУРА:
1) Р.А. Аваков Управляющие системы электросвязи и их программное обеспечение.
2) Баркун М.А., Ходосевич О.Р., Цифровые системы синхронной коммутации.
3) Голдштейн Б.С. Системы коммутации.
4) Павловская В.Ф. Цифровая система коммутации DX-200.Учебное пособие.