Микропрограммное устройство управления

При микропрограммном управлении для операции существует своя микропрограмма ее выполнения, которая хранится в ПЗУ или в ППЗУ и при выполнении программы в необходимые моменты микропрограммы считывается из ПЗУ в виде серии управляющих сигналов и направляется последовательно микрокоманда за микрокомандой в АЛУ, где под действием управляющих сигналов выполняются операции. Микропрограмма представляет собой последовательность микрокоманд, необходимых для выполнения операции, содержащейся в команде. Микрооперации — это простые элементарные операции, на которые можно разбить любую выполняемую операцию. Микрооперации выполняются под управлением микрокоманд, и за один машинный такт выполняется одна или несколько микроопераций, содержащихся в микрокоманде.

Структурная схема микропрограммного устройства управления

МПУУ - микропрограммное устройство управления

КПМК - контроллер последовательности микрокоманд

РАМК - регистр адреса микрокоманд

ПМК - память микрокоманд

РМК - регистр микрокоманд

АСМК - адрес следующей микрокоманды

КМО - код микрооперации

КПр - коды признаков

ПЗУ или ППЗУ — память микрокоманд

МПУУ - микропрограммное устройство управления работает следующим образом: код операции с регистра команд поступает на вход КПМК, основным назначением которого является реализация управляющих структур, содержащихся в микрокоманде. Для этого контроллер обеспечивает дешифрацию кода операции команды для обращения к первой микрокоманде данной микропрограммы. Контроллер формирует адреса следующих МК как линейной последовательности, так и условных и безусловных переходов в МК программы. На входе РАМК формируется адрес первой МК микропрограммы; МК, подлежащая реализации в текущем МК - цикле считывается из ПМК в регистр МК (РМК), который содержит три основных поля:

1) поле кода МК - операции (КМО);

2) поле адреса следующей МК (АСМК);

3) поле кода признаков (КПр), в котором указывается, какой признак разветвления в МК - программе необходимо реализовать контроллеру.

После считывания микрокоманды код микрооперации дешифрируется дешифратором микроопераций, и считанная микрокоманда выполняется в соответствующих устройствах микро-ЭВМ (обычно в АЛУ) по управляющим сигналам, полученным с дешифратора микрооперации (ДШМО).

После выполнения считанной МК цикл повторяется до тех пор, пока не будет выполнена вся микропрограмма выполнения данной команды.

Основными вопросами при создании МК - программных УУ, которые приходится решать с целью достижения оптимальных параметров УУ являются следующие:

1. определение совместимости во времени этапов выборки и выполнения МК

2. анализ способа формирования адреса следующей МК

3. выбор способа кодирования МК

4. выбор типа синхронизации при формировании МК - операции. Рассмотрим все эти 4 основных способа:

1) выборка и выполнение микрокоманд - с точки зрения совместимости выборки и выполнения команд существуют следующие три способа:

1. последовательный

2. параллельный

3. последовательно-параллельный (смешанный)

При последовательном способе выборка следующей МК не инициируется до завершения предыдущей. Достоинством данного способа является простота организации МК данного типа.

При параллельном способе имеет место совмещение этапа выборки MK_i₊₁ и выполнение команды предыдущей MK_i. В этом случае при одинаковом времени выборки и выполнения МК микрокомандный цикл сокращается в два раза. Такой способ выполнения МК называется конвеерным. Однако при выполнении команд условной передачи управления адрес следующей МК зависит от результата предыдущей. В этом случае используют последовательно -параллельный способ выборки и выполнения МК В этом случае выполнение MK_i₊₂начинается только после завершения предыдущей команды MK_i₊₁.