Цикл выполнения команд

Организация процессоров

Структурная организация процессоров вытекает из принципа программного управления Дж. фон Неймана: процессор - это устройство для реализации процесса выполнения программы. Процесс выполнения программы сводится к выполнению действий, известных как цикл выполнения команд:

1. Выборка команды из памяти.

2. Выборка операндов.

3. Выполнение операции.

4. Запись результата.

5. Переход к п.1.

ЦП ЭВМ может находиться в различных состояниях (режимах работы). Пуск/Стоп (либо пуск, либо стоп). В состоянии Пуск ЦП выполняет (реализует) цикл выполнения команд, т.е. выполняет свою основную функцию. В состоянии Стоп он перестает выполнять цикл. Состояние Пуск (1)/Стоп (0) отображается в триггере пуска ТП.

Переход из состояния в состояние осуществляется различными способами. Обычно переход в состояние Пуск осуществляется кнопкой “пуск”, сигнал с которой используется для установки ТП в единицу, или производится автоматически в момент включения питания, как, например, это делается в ПЭВМ. В состоянии Стоп ЦП может переключиться с помощью команды “Стоп” (HALT), которая и устанавливает триггер ТП=0. После этой команды переход в состояние Пуск можно осуществить по аппаратному сигналу прерывания, как, например, это делается в ПЭВМ.

Другая пара альтернативных состояний: Авт/Шаг. Состояние Автомат задает автоматический режим работы ЦП: выполнив одну команду, процессор переходит к выполнению другой и т.д. (без остановок и вмешательства человека).

Состояние Шаг задает шаговый режим работы процессора, в котором ЦП, выполнив одну команду, останавливается и для того, чтобы он выполнил следующую команду, надо нажать специальную кнопку (клавишу) Пуск. Шаговый режим используется для отладки программ и поиска неисправностей. Состояние АВТ (1)/ШАГ (0) отображается специальным триггером А/Ш. В ПЭВМ типа РС - это бит Т, бит трассировки в регистре флагов F.

Третья пара состояний - Ожидание/Счет. В состоянии Счет ЦП выполняет свою работу - циклически выполняет команды, т.е. работает обычным образом.

В состоянии Ожидание ЦП приостанавливает выполнение цикла с целью ожидания завершения каких-то процессов, протекающих вне процессора. Например, когда освобождается ОП и т.п.

Состояние ОЖ (1) /Счет (0) отображается триггером ожидания ТО.

В состояние счет процессор переводится в момент включения питания (по умолчанию), т.е. когда все ресурсы процессора приводятся в исходное состояние (по сигналу RESET, например).

В состояние Ож процессор переключается по команде ожидания WAIT.

Цикл выполнения команды в простейшем случае выглядит следующим образом (рисунок 4.1). Здесь: L=l’₁ v l’₂ v... v l’_k - незамаскированные сигналы прерываний. Если есть хотя бы один, равный 1, срабатывает система прерываний, которая вызывает обработчик прерываний. Модификация счетчика команд СК осуществляется на величину D - длину команды в байтах. Дешифрация команды сначала осуществляется по группам операций: арифметико-логические (АЛО), пересылки (типа MOV), ввода-вывода, системные (привилегированные, HALT например), управления (безусловные (БП) и условные (УП) переходы.

Для реализации этого алгоритма используется структура ЦП с одним уровнем управления, единым УА, под управлением которого выполняются все команды, кроме команд ввода-вывода (рисунок 4.2). Для их реализации используется аппаратура КПУ и механизмы ПУ. ЦУУ в этом случае не только реализует цикл, но и управляет выполнением операций в АЛУ путем выработки сигналов управления Y=y₁ … y_M, под воздействием которых

выполняются элементарные действия - МО (за 1 такт работы).

ЦП с двухуровневой организацией представлен на рисунке 4.3 В этом случае ЦУУ в процессе реализации цикла выполнения команд реализует только операции управления (УП, БП и др.), выполнение же других операций возлагается на автономные управляющие автоматы других устройств, например, АЛО - на АЛУ. Для этого в состав этих устройств встраиваются УА (для выработки управляющих сигналов).

Дата добавления: 2014-01-11