Структура процессора

Процессор осуществляет непосредственно обработку данных и программное управление процессом обработки данных. Он синтези­руется в виде соединения двух устройств: операционного и управля­ющего.

Операционное устройство (ОУ) — устройство, в котором выполня­ются операции. Оно включает в качестве узлов регистры, сумматоры, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации кана­лов, шифраторы, дешифраторы и т.д. Управляющее устройство (УУ) координирует действия узлов операционного устройства; оно выраба­тывает в некоторой временной последовательности управляющие сиг­налы, под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые действия.

Процесс функционирования операционного устройства распадается на последовательность элементарных действий в его узлах:

установка регистра в некоторое состояние (например, запись в регистр R1 числа 0, обозначаемая R1);

инвертирование содержимого разрядов регистра (например, если регистр R2 содержал двоичное число 101101, то после инверти­рования его содержимое будет равно 010010;

пересылка содержимого одного узла в другой (например, пересыл­ка содержимого регистра R2 в регистр R1, обозначаемая R1 <- (R2));

г, гт

сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра R1, обозначаемый R1 <- СдвЛ

(R0);

счет, при котором число в счетчике (регистре) возрастает или убывает на единицу (Сч (Сч ± 1));

сложение (например, R2 <- (R2) + (R1));

сравнение содержимого регистра на равенство с некоторым чис­лом; результат сравнения: лог.1 (при выполнении равенства) либо лог.О (при невыполнении равенства); некоторые логические действия (поразрядно выполняемые опера­ции конъюнкции, дизъюнкции и др.).

Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОУ течение одного тактового периода, называется микрооперацией.

В определенные тактовые периоды одновременно могут выполнять­ся несколько микроопераций, например R2 <- 0, Сч <- (Сч) - 1. Такая совокупность одновременно выполняемых ми|фоопераций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенный для реше­ния определенной задачи, — микропрограммой.

Таким образом, если в операционном устройстве предусматривается возможность исполнения N различных микроопераций, то из управляю­щего устройства выходят N управляющих цепей, каждая из которых соответствует определенной микрооперации. И если необходимо в опе­рационном устройстве выполнить некоторую микрооперацию, доста­точно из управляющего устройства по определенной управляющей цепи, соответствующей этойкоманде микрооперации, подать сигнал (например, напряжение уровня лог.1). В силу того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временнбй последова­тельности должны выполняться микрооперации, оно получило назва­ние микропрограммного автомата.

Формирование управляющих сигналов для выпол­нения микрокоманд может происходить в зависимости от состояния узлов операционного устройства, определяемого сигналами дс(,..., х5, которые подаются с соответствующих выходов операционного устрой­ства на входы управляющего устройства. Управляющие сигналы... >уп могут также зависеть от внешних сигналов xs + |,..., xL.

Для сокращения числа управляющих цепей, выходящих из управля­ющего устройства (в тех случаях, когда оно конструктивно выполняется отдельно от операционного), микрокоманды могут кодироваться. По­ясним это на примере. Допустим, что в узлах ОУ предусматриваются 20 ми!фоопераций. Пусть выполняемые в различнее комбинациях они должны образовывать 470 микрокоманд. В закодированном виде мик­рокоманды могут представляться 9-разрядным двоичным кодом. Число комбинаций такого кода составляет Т? - 512. Таким образом, каждой микрокоманде может быть поставлена в соответствие одна из этих комбинаций 9-разрядного кода (например, первой микрокоманде может быть поставлена в соответствие кодовая комбинация ООО ООО ООО, второй микрокоманде — комбинация ООО ООО 001 и т.д.). При этом микрокоманда на входе операционного устройства будет задаваться некоторой 9-разрядной кодовой комбинацией, для управления же вы­полнением микроопераций имеется 20 управляющих цепей. Возникает необходимость преобразования 9-разрядной микрокоманды в 20-раз- рядную комбинацию сигналов в управляющих цепях. Такое преобразо­вание может осуществляться различными способами, например с помощью программируемой логической матрицы (ПЛМ) либо с помо­щью дешифратора и элементов ИЛИ, объединяющих определенные выходы дешифратора, соответствующие микрокомандам, при которых выполняется одна и та же микрооперация. Результаты обработки, вы­полненной в ОУ, снимаются с его выходов z,,..., zm.

Дата добавления: 2014-12-10