Многокристальные и секционные процессоры

Принцип построения

Упрощенно процессор можно представить в виде соединения двух устройств: операционного устройства (ОУ), в котором выполняются операции (включает в себя регистры, сумматоры, дешифраторы) и устройства управления (УУ), которое вырабатывает управляющие сигналы.

Любое элементарное действие, выполняемое в ОУ в течение одного такта, называется микрооперацией. Примеры микроопераций: пересылка из регистра в регистр, сдвиг содержимого регистра, суммирование содержимого двух регистров.

Управляющая информация для выполнения операции – это команда. Выполнение команды распадается на более мелкие этапы: микрокоманды. Последовательность взаимосвязанных команд называется макрокомандой. Использование макрокоманд упрощает программирование.

Цикл процессора – период времени, за который осуществляется выполнение команды. Он состоит из нескольких тактов. Такт процессора – промежуток времени между импульсами генератора тактовых импульсов, частота которых есть тактовая частота процессора. Выполнение короткой команды (арифметические и логические команды) обычно занимает 5 тактов: выборка; Расшифровка кода операции; генерация адреса и выборка данных из памяти; выполнение операции; запись результата в память.

Набор микрокоманд, реализуемый в течение такта определенной логической цепью процессора, называется микропрограммой.

Суть микропрограммного управления сводится к следующему.

Создается специальная постоянная управляющая память, в которой хранится набор микрокоманд, т.е. управляющих сигналов для проведения каких-либо элементарных действий. Подбирая микрокоманды можно проводить в процессоре любые арифметические и логические операции. Чем больше таких микрокоманд, тем шире возможности процессора. Переход от одного набора команд к другому достигается заменой постоянной памяти.

Процессор с жесткой логикой управления – это УУ реализованное апппаратно. Для каждой операции строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах вырабатывают соответствующие управляющие сигналы. В этих устройствах запоминающее устройство запоминает множество состояний для микроопераций, а выходы берутся с логических схем в отличие от микропрограммного управления, где они берутся с ПЗУ. Изменить логику работы можно только путем переделок схемы, но такие процессоры работают намного быстрее.

Однокристальные процессоры выполнены на одной БИС. Характерные их особенности: фиксированная разрядность данных, фиксированная система команд, наличие в схеме шин обмена данными.

Многокристальные процессоры получаются путем разбиения структуры на функционально законченные части и реализации этих частей на отдельных БИС. Например 3-х кристальный процессор содержит БИС операционного процессора (ОП), управляющего процессора (УП), интерфейсного процессора (ИП). Сложность ОП и УП определяются их разрядностью, системой команд и требованиями к системе прерываний, сложность ИП – разрядностью и возможностями подключения других устройств. Части многокристального процессора автономны и выполняют заранее оговоренные функции, а для построения полного процессора не требуется организации новых связей.

Секционные процессоры получают, когда в виде БИС реализуются секции логической структуры при разбиении ее вертикальными плоскостями. Для построения многоразрядных процессоров при параллельном включении БИС в них добавляются средства стыковки. Секционность позволяет наращивать разрядность данных. Например, немецкая суперЭВМ Супергластер выполнена в виде наращиваемой системы, содержащей от 64 до 1000 секционных процессоров (их называют транспьютерами), система Гигагластер имеет 16384 транспьютера.

Дата добавления: 2014-12-16