Принципи управління і функціонування МП

Принципи управління

МП можна представити у вигляді деякого послідовнісного цифрового пристрою(ПЦП), який складається з двох частин: операційної і управляючої.

6 y+TKrdIsod7Lj1bZt8oua9OzSohhgBNqgiCXs0rS21qigGE4THvsLAOKg84sKQHPOZrltZtlF8W4 FrOEADn8eKOIzNa5+XWL/klK/xrK/d/g3PwHAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQDriSey3AAAAAUB AAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI/BTsMwEETvSPyDtZW4UacNQjTEqRASiEsQFAQc3XgbR43X IXZb9+/ZcoHLSKtZzbwpl8n1Yo9j6DwpmE0zEEiNNx21Ct7fHi5vQISoyejeEyo4YoBldX5W6sL4 A73ifhVbwSEUCq3AxjgUUobGotNh6gck9jZ+dDryObbSjPrA4a6X8yy7lk53xA1WD3hvsdmudk7B Ns8/0tfjp+1enjd1Hb8NPqVaqYtJursFETHFv2c44TM6VMy09jsyQfQKeEj8VfYW80UOYq3giitB VqX8T1/9AAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAA AAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAA64OUE9BgAAyzMAAA4AAAAAAAAA AAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAOuJJ7LcAAAABQEAAA8AAAAA AAAAAAAAAAAAlwgAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAACgCQAAAAA= ">

Процес функціонування операційного ПЦП складається з послідовності елементарних дій в його вузлах. Такими діями є:

- Встановлення регістра в деякий стан;

- Інвертування вмісту розрядів регістра;

- Передача інформації від одного вузла до іншого(наприклад з регістра в регістр);

- Зсув інформації у вузлі вліво або вправо;

- Логічні порозрядні операції;

- Перевірка умов і т.д.

Ці дії виконуються під дією сигналів управляючого пристрою.

Такі елементарні акти перетворення інформації виконуються за один такт сигналів синхронізації і називаються мікроопераціями. За один такт сигналів синхронізації можуть виконуватися декілька мікрооперацій.

Сукупність одночасно виконуваних операцій за один такт має поняття мікрокоманда, а весь набір різних мікрокоманд називається мікропрограмою.

Оскільки управляючий пристрій визначає послідовність виконання мікрооперацій(мікрокоманд), він називається мікропрограмним автоматом. Формування управляючих сигналів для виконання деяких мікрокоманд може вимагати врахування станів вузлів операційного пристрою або зовнішніх сигналів.

Для побудови мікропрограмного автомата(управляючого пристрою) використовується принципи схемної і програмованої логіки.

При схемній логіці кожній операції відповідає свій набір логічних схем, які виробляють сигнали управління для виконання мікрооперацій в певні моменти часу. При цьому способі мікрооперації реалізуються за рахунок постійно з’єднаних між собою логічних схем, тому такі МП називаються МП з жорсткою логікою управління.

Це означає, що для МП є важливими набір команд по числу операцій і структура зв‘язків між вузлами, які забезпечують задану послідовність виконання кожної операції.

Кожній виконуваній в МП операції відповідає команда. Команда поступає з ОЗП і за допомогою дешифратора команд в ПУ її код перетворюється в сигнали, які виконують відповідні вузли управління процесом виконання операції.

Недолік МП з жорсткою логікою управління: практична неможливість зміни в системі команд після виготовлення МП. Це призводить до вузької спеціалізації ВІС, що знижує серійність випуску і здорожчує їх виробництво.

Перевага: забезпечує найвищу швидкодію при заданій технології виготовлення.

При реалізації принципу програмованоїлогікикодові комбінації сигналів управління представляються у вигляді кодів мікрокоманд, які зберігаються в керуючій пам‘яті(КП). При виконанні деякої операції з КП вибирається мікрокоманда і видається у вигляді сукупності сигналів управління в операційний пристрій(ОП).

Такий спосіб реалізації операції називається мікропрограмним, а МП – МП з програмованою логікою.

Структура мікрокоманд(МК):

По вмісту поля адресивизначається адреса наступної МК

У полі умовних переходів вказується наявність безумовного або умовного переходу, а у випадку умовного переходу відзначаються умови визначення адреси наступної МК.

Поле сигналів управління служить для організації функціонування ОП.

Команда, що поступає з ЗП використовується для визначення за допомогою блоку мікропрограмного управління(БМУ) адреси першої МК тої мікропрограми, яка реалізує задану командою операцію.

Адреса наступних МК визначається БМУ наступним чином

У МК передбачене поле адреси, яке містить адресу чергової МК. У випадку умовного переходу один з розрядів поля умовних переходів відводиться для визначення виду переходу(наприклад 0 – безумовний перехід, 1 – умовний перехід).

Для кожної умови відводиться розряд, який визначає участь даної умови у визначенні адреси. В залежності від умови утворюються дві відмінні за молодшим розрядом адреси, і чергова МК зчитується з тої чи іншої комірки КП. В результаті маємо розгалуження на два напрями. Таким чином МК може бути розбита на дві.

Недоліки принципу: зниження швидкодії МП через збільшення числа тактових періодів реалізації мікропрограми.

Переваги: можливість гнучкої зміни набору команд в МП за допомогою сукупності мікропрограм, які реалізують ці команди.

9.4. Структура і типи команд

Обробка інформації і функціонування МП забезпечується програмним управлінням.

Програма записується в ОЗП у вигляді послідовності команд.

Кожна команда визначає вид операції, яка використовується у даному циклі роботи; адреси слів, що приймають участь у операції; місце розташування результату операції; адресу розміщення наступної команди.

Через малу розрядність МП таку об‘ємну інформацію важко задати за допомогою тільки одного слова. Проблема вибору формату команди і кодування полів команд у МП мають особливе значення. Гнучкість МП і його ефективність визначається числом команд і повнотою системи команд, засобами і способами адресації, можливостями організації розгалужених обчислювальних процесів. Зі збільшенням розрядності команди зростають і можливості МП. Обмежена розрядність команди створює суттєві труднощі у розміщенні інформації про хід операції і метод адресації даних. Тому в систему команд вводяться операції з подвоєною розрядністю, а також команди зі змінною розрядністю.

Крім поля коду операції і кодів адрес даних команда повинна містити поле признаків з вказанням способів адресації.

Способи адресації визначають механізм формування прямої адреси пам‘яті по полю адреси і полю признаків адресації.

Гнучкість системи команд у значній мірі визначається різноманітністю способів адресації. Вибір системи команд є дуже складним завданням при побудові МП.

Команди класифікуються за:

- Функціональним призначенням;

- Числом адрес;

- Способом кодування команд;

- Довжиною команди;

- Способом адресації.

За функціональним призначенням розрізняють команди:

- Передачі даних;

- Обробки даних;

- Передачі управління;

- Додаткові команди.

Команди передачі даних складаються з підгруп команд:

- Передачі кодів між регістрами МП;

- Пересилки кодів між МП і ОЗП;

- Передачі кодів між МП і зовнішніми пристроями.

Команди обробки даних поділяються на:

- Арифметичні;

- Логічні;

- Команди зсуву.

Команди передачі управління використовуються для вивчення природнього порядку слідування команд і організації циклічних ділянок в програмах. Серед них команди:

- Безумовного;

- Умовного переходу.

Додаткові команди використовуються для:

- Зупинки програми;

- Початкової установки апаратних засобів;

- Реалізації очікування.

За числом адрес команди:

- 0-адресні;

- одноадресні;

- двоадресні;

- багатоадресні.

За способом кодування команди:

- З фіксованим;

- З розшируючимся полем коду операції.

За довжиною команди: в одне, два, три слова.