Пристрої керування

Мови описання операційних пристроїв

Для описання операційних пристроїв на різних рівнях використовуються відповідні мови, а саме:

1. мова електричних рівнянь для струмів і напруг у ланцюгах схем, складених з резисторів, діодів, транзисторів та ін.;

2. мова булевих функцій для описання логічних і запам’ятовувальних елементів;

3. мова мікрооперацій для описання типових функціональних комбінаційних і послідовнісних вузлів;

4. мова мікропрограм для описання роботи операційних пристроїв на рівні мікроалгоритмів машинних операцій;

5. алгоритмічні мови для описання обчислювального процесу в комп'ютері на рівні програм (Асемблер, Паскаль, Сі та ін.).

У мові мікрооперацій описання слова містить ідентифікатор А, В, RGA, СТ і розрядний покажчик кількості розрядів А(32), В(16), або номери старшого (ліворуч) і молодшого (праворуч) розрядів: А(32:1), В(16:1). Розрядний покажчик може пропуститися, якщо слово було описане раніше. Регістр і слово в ньому часто позначають одним і тим же ідентифікатором:RGA, А(32). Слово може подаватися своїми частинами: А(32:16), А(15:12), А(11:1). Значення конкретного і-го розряду слова записують як А[ і ], наприклад А[ 1 ],В[ n ].

Функціональну частину комп'ютера, призначену для автоматичного керування обчислювальним процесом за допомогою послідовності керуючих і синхронізуючих сигналів називають пристроєм керування (ПК). Пристрій керування забезпечує координацію роботи всіх функціональних вузлів комп'ютера в процесі виконання програми.

Машинним циклом називається час, за який виконується одна машинна команда. Протягом машинного циклу ПК може виконувати наступні дії:

· зчитування чергової команди з ОП, її дешифрування та зберігання протягом циклу;

· формування адрес операндів з інформації, яка міститься в коді команди;

· вибірку операндів з ОП або РЗП і пересилку їх в АЛБ;

· вироблення необхідної для виконання даної команди послідовності керуючих сигналів;

· пересилку результату операції до РЗП або ОП;

· формування адреси наступної команди;

· переадресацію за безумовними й умовними ознаками;

· реалізацію пультових операцій керування (запуску, зупинки машини, автоматичного або покомандного виконання програми), контроль і забезпечення різних режимів роботи, пов'язаних з пристроями введення-виведення тощо.

В ПК виділяють дві основні функціональні частини – програмну і мікропрограмну. Програмна частина реалізується центральним пристроєм керування (ЦПК). Він визначає послідовність виконання команд програми, виконує розшифровку команд, виробляє виконавчі адреси, пересилає операнди до операційного пристрою і готує його до виконання заданої операції.

Для виконання мікропрограм в операційних пристроях, які є в АЛП, в каналах введення-виведення інформації, в накопичувачах на магнітних дисках і стрічках тощо призначена мікропрограмна частина ПК

Наприклад, в мікропроцесорах може бути два АЛП цілочислової арифметики і арифметичний співпроцесор для виконання операцій з плаваючою комою. Конструктивно мікропрограмна частина реалізується у вигляді блоків місцевого керування (БМК). Таким чином, у загальному випадку ПК комп'ютера – це ієрархічна структура, що складається з ЦПК і ряду БМК.

Розв'язання будь-якої задачі в машині зводиться до послідовної вибірки і виконання команд відповідної програми, організованої в ЦПК. У зв'язку з цим ЦПК може бути представлений як перетворювач первинної командної інформації у вторинну командну інформацію, яка подає виконавчі адреси і керуючі сигнали. Крім команд, до первинної командної інформації відносяться коди і сигнали, які характеризують стан окремих вузлів, блоків і пристроїв.

Пристрої керування класифікують за наступними ознаками:

· програмною орієнтацією – універсальні та спеціалізовані;

· принципом вироблення сигналів у часі – синхронні та асинхронні;

· способом побудови КА – із схемною або програмованою логікою;

· способом реалізації машинних команд – централізовані або змішані;

· методом зберігання програм – з використанням ОП чи з введенням ззовні;

·порядком проходження команд – з природним або довільним порядком;

·числом рівнів керування – одно- і багаторівневі.

Універсальні ПК дозволяють виконувати будь-які програми, що записані у вигляді послідовності команд з урахуванням обмежень, пов'язаних з ємністю пам'яті машини, довжини розрядної сітки і швидкодії машини.

Спеціалізовані ПК використовують в комп'ютерах, що виконують один або певний клас завдань.Спеціалізовані ПК працюють за фіксованими програмами, які змінюються відповідними перемиканнями в них.

ПК підрозділяють на синхронні і асинхронні залежно від тривалості мікрооперацій. У синхронних ПК частота роботи генератора синхросигналов обирається двома способами:

· із урахуванням часу, необхідного для найтривалішої мікрооперації;

· із урахуванням часу, необхідного для найбільш поширеної мікрооперації. При цьому для реалізації найтриваліших ("довгих") мікрооперацій відводять декілька тактів, наприклад, два.

В асинхронних ПК тривалість такту змінна і залежить від часу виконання поточної мікрооперації. Сигнал закінчення даної мікрооперації є сигналом початку наступної. Пристрої керування сучасних комп'ютерів використовують комбінований спосіб тактування, в якому вигідно узгоджуються переваги обох принципів.

За способом побудови розрізняють КА із схемною і програмованою логікою. Останній містить спеціальний блок пам'яті для зберігання мікропрограм.

Керуючий автомат, функціонування якого задають за допомогою мікропрограм, називається мікропрограмним автоматом (МПА).

Історично склалося так, що в багатьох випадках термін "мікропрограмний автомат” використовують тільки відносно КА з програмованою логікою, що методично необґрунтовано.

За способом реалізації машинних команд ПК поділяють на централізовані і змішані. При централізованому способі керування єдиний ПК виробляє всі керуючі сигнали, необхідні для виконання будь-якої операції із системи команд машини. Такі ПК часто використовують асинхронний принцип тактування і застосовуються переважно в одноадресних машинах із порівняно невеликим числом мікрооперацій.

При змішаному способі керування ЦПК виробляє основні керуючі сигнали – приймання команди, її дешифрування, модифікації тощо. Керування виконанням арифметико-логічних операцій забезпечується БМК.

За числом рівнів керування ПК відносять до одно- або багаторівневих. Це однаковою мірою відноситься як до ПК в цілому, так і до його частин – програмної і мікропрограмної.

На першому, найнижчому рівні, базовими операторами служать мікрооперації, а логічними умовами – повідомні сигнали з операційного пристрою. На другому рівні базові оператори і логічні умови мають такий же порядок складності, що і команди традиційних машин. На третьому рівні базові оператори аналогічні мікрокомандам однорівневих машин, проте реалізуються технічними засобами і є органічною частиною ПК.

За порядком проходження команд програми розрізняють ПК з природною і з довільною послідовністю. У більшості комп'ютерів команди розміщуються в пам'яті в комірках з послідовними номерами і адреса наступної команди визначається автоматично – додаванням константи до лічильника команд. У ПК з довільним порядком адресу наступної команди вказують в поточній команді.

За методом зберігання програм виділяють машини з внутрішнім програмуванням (команди зберігаються в ОП) і зовнішнім (програма вводиться за допомогою перфокарт, магнітних карток, спеціальних панелей та ін.).

Дата добавления: 2014-01-07