Процессор осуществляет непосредственно обработку данных и программное управление процессом обработки данных. Он синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего (рис. 4.4).
Операционное устройство (ОУ) — устройство, в котором выполняются операции. Оно включает в качестве узлов регистры, сумматоры, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы, дешифраторы и т.д. Управляющее устройство (УУ) координирует действия узлов операционного устройства, оно вырабатывает в некоторой временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые действия.
Процесс функционирования операционного устройства распадается на последовательность элементарных действий в его узлах:
1) установка регистра в некоторое состояние (например, запись в регистр Rl числа 0, обозначаемая R1 0);
2) инвертирование содержимого разрядов регистра (например, если регистр R2 содержал двоичное число 101101, то после инвертирования его содержимое будет равно 010010; такое действие обозначают R2 (R2));
3) пересылка содержимого одного узла в другой (например, пересылка содержимого регистра R2 в регистр R 1, обозначаемая Rl (R2)),
4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра Rl, обозначаемый Rl СдвЛ (Rl));
5) счет, при котором число в счетчике (регистре) возрастает или убывает на единицу (Сч (Сч ± 1));
6) сложение (например, R2 (R2) + (R1));
7) сравнение содержимого регистра на равенство с некоторым числом; результат сравнения: лог.1 (при выполнении равенства) либо лог.0 (при невыполнении равенства);
8) некоторые логические действия (поразрядно выполняемые операции конъюнкции, дизъюнкции и др.).
Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОУ в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.
В определенные тактовые периоды одновременно могут выполняться несколько микроопераций, например R2 О, Сч (Сч)-1. Такая совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенный для решения определенной задачи, - микропрограммой.
Taким образом, если в операционном устройстве предусматривается возможность исполнения п различных микроопераций, то из управляющего устройства выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определенной микрооперации. И если необходимо в операционном устройстве выполнить некоторую микрооперацию, достаточно из управляющего устройства по определенной управляющей цепи, соответствующей этой микрооперации, подать сигнал (например, напряжение уровня лог.1. В силу того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последовательности должны выполнятся микрооперации, оно получило название микропрограммного автомата.
Формирование управляющих сигналов у1,…,уп (рис. 7.5) для выполнения микрокоманд может происходить в зависимости от состояния узлов операционного устройства, определяемого сигналами х1,…,хs,которые подаются с соответствующих выходов операционного устройства на входы управляющего устройства. Управляющие сигналы у1,…,уп могут также зависеть от внешних сигналов хs+1,…,хL.
Для сокращения числа управляющих цепей, выходящих из управляющего устройства (в тех случаях, когда оно конструктивно выполняется отдельно от операционного), микрокоманды могут кодироваться (для этого применяется двоичный код).