Обобщенный алгоритм функционирования МПС

Память

Память, или точнее, запоминающее устройство (ЗУ) предназначено для хранения

больших объёмов информации. Этот блок МПС состоит из совокупности регистров,

каждый из которых способен хранить одно машинное слово. Каждый регистр, или

ячейка памяти, имеет свой адрес. Адрес - это просто целое число, однозначно

определяющее ячейку. Слово, хранящееся в ячейке, называют её содержимым.

МПС имеет два вида памяти, как правило: память, из которой возможно только

считывание (ROM - Read only memory), или постоянная память (ПЗУ), и память со

считыванием и записью (RAM - Read/Write memory) или оперативная память (ОЗУ).

Отметим, что память со считыванием и записью стало общепринятым называть

памятью с произвольной выборкой (RAM - random access memory - запоминающее

устройство с произвольной выборкой - ЗУПВ, несмотря на то, что и память только со

считыванием также обладает произвольностью выборки. Термин “произвольная

выборка” или “произвольный доступ”, соответствует тому факту, что обращение к

любой ячейке выполняется за одно и то же время.

ПЗУ предназначено для хранения постоянных данных и отлаженных программ,

обеспечивающих выполнение конкретной задачи или выполнение конкретной

функции, возложенной на данную МПС. ОЗУ используется для хранения

изменяющейся информации.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

АЛУ предназначено для арифметической и логической обработки данных,

выполнения операций сдвига и формирования признаков результатов операций. Эти

встроенные операции чрезвычайно элементарны. Более сложные математические

действия должны выполняться с помощью программ, пользующихся встроенными

операциями.

Обычно главный регистр в АЛУ называется аккумулятором. В нем, как правило,

находится один из операндов перед выполнением операции, и в него же помещается ее

результат. Некоторые типы МП могут иметь несколько аккумуляторов (например, два -

как микропроцессор МС6800 фирмы Motorola). АЛУ часто содержит еще несколько

регистров, называемых рабочими; они позволяют упростить составление программы.

Кроме того, в состав АЛУ входят так называемые флажки, которые представляют

собой отдельные триггеры. Флажки отображают информацию, характеризующую

текущее состояние МП, и важные особенности, или признаки, результата выполнения

команды. Эти признаки могут быть использованы для выбора дальнейшего пути

вычислений. Например, может существовать флажок, указывающий на нулевой

результат операции. Программист может воспользоваться проверкой этого флажка для

принятия решения: если некоторая операция дала нулевой результат, то будет

выполнена одна последовательность команд, в противном случае - другая. Количество

и смысл флажков у конкретных МП могут различаться. Флажки, характеризующие

результат операций или каких-либо проверок, часто размещаются вместе с другой

важной информацией о состоянии МП в специальном регистре, называемом словом

состояния программы (PSW - Program Status Word).

Устройство управления (УУ)

УУ управляет работой МПС. Оно автоматически, последовательно, по одной,

получает команды из памяти, декодирует каждую из них и генерирует необходимые

для её выполнения сигналы.

Чтобы получить команду из памяти, УУ должно знать ее адрес. Обычно команды

выбираются из последовательных ячеек памяти, а их адреса указываются

программным счётчиком (счётчиком команд), находящимся в УУ. Далее, чтобы иметь

возможность декодировать и выполнять текущую команду, её надо где-то запомнить.

Для этой цели в УУ имеется регистр команд (РК).

Чтобы УУ могло правильно понять команду, команда должна иметь

определенную структуру, называемую форматом команды. У МП разных типов

форматы команд различны. Однако, есть информация, которая должна присутствовать

в команде в любом случае. Это, прежде всего, - код операции и, в некоторых командах,

адрес. Код операции - это совокупность двоичных цифр, которые однозначно

определяют операцию, которая должна быть выполнена. Адресная часть команды (если

она присутствует) указывает на ячейки (например, памяти), к которым нужно

обратиться, выполняя команду.

Еще одной функцией УУ является синхронизация работы отдельных блоков

МПС. Она осуществляется с помощью тактового генератора. Обработка команды

занимает несколько тактов, или периодов, тактового генератора. Вообще говоря,

команду нужно выбрать из памяти, декодировать и затем выполнить. Каждый из этих

интервалов, связанный с обращением МП к памяти или внешнему устройству (ВУ) и

включающий в себя один или несколько периодов тактового генератора, представляет

собой машинный цикл. Совокупное время, требуемое для выборки, декодирования и

выполнения команды, образует командный цикл или цикл выполнения команды.

Таким образом, время выполнения любой команды всегда составляет целое число

периодов тактового генератора. Тактовые импульсы образуют синхронный временной

растр, в соответствии с которым протекают не только все внутренние этапы передачи и

обработки данных, но и процессы ввода-вывода информации.

Частота тактовых импульсов определяет одновременно быстродействие МПС и

выбирается как можно большей. Однако, она ограничена временем задержки и

распространения сигналов. Поэтому главной целью дальнейшего развития технологии

изготовления ИС является повышение допустимой частоты тактовых импульсов. В

настоящее время МПК чаще всего работают с частотой до 10 МГц.

Устройства ввода-вывода (УВВ)

УВВ МПС представляют собой совокупность буферных.регистров (устройства

ввода) и регистров-фиксаторов (устройства вывода), через которые осуществляется

связь МП с ВУ. Эти регистры называются портами ввода-вывода. Порты ввода-вывода

(ВВ) также имеют адреса, как и ячейки памяти, но в отличие от них, с ними могут

производиться только операции считывания (ввода) - для портов ввода, или записи

(вывода) - для портов вывода.

Итак, активной частью МПС, ее ядром, является МП - функциональное

устройство, которое под воздействием тактовых импульсов способно в бесконечной

последовательности выполнять посылаемые ему команды.

Во время командного цикла МП должен выполнить следующие действия (рис. 2):

Дата добавления: 2015-05-09