Сдвиг информации в регистре

0 0 1 1

S 1 Q S 1 S 0

D D D

C Т C Т C Т

R Q R R

Информация в ЭВМ может храниться либо в прямом, либо в параллельном коде.

При использовании параллельного кода для хранения одного разряда информации используется 1 триггер, и при передаче машинных слов нужно задать столько шин, сколько разрядов в слове, т.е. одновременно(параллельно) все разряды машинного слова с одного регистра переписываются на другой регистр.

При использовании последовательного кода существует только один триггер и одна шина передачи для одного разряда. Каждый такт по этой шине последовательно передаётся один з другим разряды.

Дешифратор.

Дешифратором называется устройство, которое имеет n входов и m выходов, где m=2n. Дешифратор позволяет код, подаваемый на вход, преобразовывать в сигнал на одном из выходов, номер которого соответствует этому коду.

n=3 m=8

x0 1 0 y0

0 1

y1

x1 y2

.

x2 1.

.

. y7

на входе(101) – на 5 выходе будет 1

Пример:

000 y0= xn 1... x 2 x 1 x 0

001 y1= xn 1... x 2 x 1 x 0

010 y2= xn 1... x 2 x 1 x 0

111 ym-1= xn 1... x 2 x 1 x 0

Комбинационная схема.

xn 1

xn 1 x 2

x 2 x 1

x 1 x 0 x 0

y0

y1

y2

.

.

ym-1

Л6

Сумматор.

Сумматором называется устройство, которое предназначено для сложения кодов чисел без учёта знака.

Различают:

одноразрядные сумматоры,

многоразрядные сумматоры.

Одноразрядный сумматор предназначен для сложения разряда слагаемых и переноса из предыдущего разряда. В результате суммирования получается значение (разряд) суммы и перенос в следующий разряд.

Многоразрядный сумматор представляет собой комбинацию одноразрядных сумматоров.

Для суммирования кодов чисел с использованием последовательного кода

используются одноразрядные сумматоры.

Для суммирования кодов чисел с использованием параллельного кода

используются многоразрядные сумматоры.

Счётчики.

Счётчик – это устройство, которое предназначено для подсчётов чисел во входной

последовательности.

Счётчики бывают:

суммирующие - выполняют операцию сложения,

вычитающие - выполняют операцию вычитания,

реверсивные – выполняют операции и сложения, и вычитания.

Принципы организации памяти ЭВМ.

По способу организации памяти выделяют:

адресную память, стековую память, ассоциативную память.

Адресная память.

Оперативная (основная) память является представителем адресной памяти.

Р ЗМ Р А Д Ч П П

РАП – регистр адреса памяти. РЧП – регистр числа памяти. ЗМ – запоминающий массив. Д – дешифратор.

Шириной выборки из оперативной памяти называется число байт информации, которую можно считать или записать за одно обращение к памяти.

Основные операции, которые производятся в адресной памяти, это чтение и запись.

Выполнение операции «чтение».

На РАП подаётся адрес, по которому необходимо считать информацию, и дальше подаётся управляющий сигнал «чтение». После подачи управляющего сигнала «чтение», на РЧП из адресуемой ячейки выбирается затребованная информация (эта величина соответствует ширине выборки для ОП).

Мнемоника выполнения операции «чтение»:

РЧП:= Чт (РАП) – на РЧП выбирается информация из ЗМ по адресу, который подан на

РАП.

Выполнение операции «запись».

При выполнении операции «запись» на РАП подаётся адрес, по которому в ЗМ

необходимо записать информацию. На РЧП подаётся информация, подлежащая записи в ЗМ. После подачи управляющего сигнала «запись», в ЗМ по адресу, хранящемуся на РАП, будет записана информация с РЧП. Ранее хранящаяся информация в адресуемой ячейке после записи затирается, в отличие от операции «чтение».

Мнемоника выполнения операции «чтение»:

Зп (РАП) = РЧП – изменяется в ЗМ ячейка, адрес которой на РАП.

Стековая память.

Вспомогательная память представляет стековую память.

Стек – это память, организованная по принципу «последний пришёл, первый ушёл»;

память «магазинного» типа.

N

Указатель стека

Указатель стека = указатель стека – 1

d

c

b

a

0

адрес

Указатель стека всегда будет указывать на последнюю занятую ячейку. Писать можно только в верхнюю свободную ячейку. Нельзя считывать a, пока не считали все верхние ячейки до a (d, c, b). Информация считывается по указателю стека, а после считывания указатель стека уменьшается на 1.

Ассоциативная память.

ЗМ

РО

РО – регистр отклика

РМ – регистр маски

РП – регистр признаков

РП

РМ

На РП записывается некоторый код. Все ячейки в ЗМ проверяются на наличие кода, записанного на РП. И в тех ячейках, где код совпал с кодом на РП, соответствующий разряд помечается на РО. На РМ устанавливается некоторый код маски, который позволяет замаскировать отдельные разряды на РП, которые в дальнейшем не будут участвовать в сравнении с содержимым ячеек ЗМ.

быстродействие

Иерархическая структура памяти.

Внешняя память – жёсткий диск (винчестер).

Внешняя память

Внутренняя память

ОП

БП

n*100 Гбайт БП – буферная память

ОП – оперативная память

РОНы – регистры общего назначения

≈m*1 Гбайт

L*Мбайт

РОН

ы

объём

Организация центрального процессора.

Центральным процессором (ЦП) называется устройство, которое предназначено для обработки данных под управлением выполняемой программы.

Основные узлы центрального процессора.

1. АЛУ – арифметико-логическое устройство

2. УУ – устройство управления

3. УР – управляющие регистры

СчК – счётчик команд

РК – регистр команд

4. РОНы – регистры общего назначения

5. Вспомогательные блоки блок связи ЦП и ОП система прерывания

блок контроля и диагностики и т. д.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Предназначено для непосредственной обработки данных над числами с фиксированной точкой и с плавающей точкой, а также для выполнения операций двоично-десятичной арифметики, логических операций, текстовых данных.

Различают:

однофункциональные АЛУ – предназначены для выполнения одного типа операций; многофункциональные АЛУ – предназначены для выполнения различных типов операций.

Устройство управления (УУ).

Предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются команды ЭВМ.

По способу организации различают:

микропрограммные УУ

аппаратные УУ

Основные этапы выполнения машинной команды.

1 этап: Выбор машинной команды из памяти

2 этап: Дешифрация кода операции

3 этап: Формирование исполнительного адреса и выбор операндов

4 этап: Выполнение операций в АЛУ

5 этап: Запись результата

Управляющие регистры (УР).

СчК (счётчик команд) – хранит адрес следующей выполняемой команды.

РК (регистр команд) – хранит текущую выполняемую команду.

Регистры общего назначения (РОНы).

РОНы – программно-адресуемые регистры, предназначенные для хранения операндов,

результатов, а также ряда вспомогательной информации, используемой при вычислении адреса (база, индекс).

Л7

Машинные команды (команды ЭВМ).

Машинная команда – это двоичный код, который имеет 2 основные части:

операционную часть

адресную часть.

коп

коп – код операции

операционная адресная часть часть

Операционная часть предназначена для хранения кода операции.

По способу организации адресной части выделяют:

1. четырёхадресные команды

2. трёхадресные команды

3. двухадресные команды

4. одноадресные команды

5. безадресные команды

Четырёхадресные команды.

коп

А1

А

А

А

А1 – адресная часть команды, в которой содержится информация об адресе первого операнда.

А2 – содержит информация об адресе второго опранда.

А3 – содержит информацию об адресе, по которому должен быть помещён результат.

А4 – содержится информация об адресе следующей выполняемой команды.

Микропрограмма выполнения четырёхадресной команды. Структураоперационной части ЦП.

В полях А1, А2, А3, А4 в простых случаях задаются адреса ячеек ОП: адреса операндов,

результата и выполняемой команды.

ОП

Чт Р ЗМ Р Зп А Ч

  РК

П П

коп А1 А2 А3 А4

Деш

БУУ

УУ РА РВ

РС

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = РК (А4) – адрес следующей команды подаётся в память.

РЧП = Чт (РАП) – на РЧП прочитали команду, т.к. её адрес был подан на РАП.

РК = РЧП – пересылка в ЦП машинной команды.

2 этап. Дешифрация.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

РАП = РК (А1) – адрес первого операнда подаётся в память.

РЧП = Чт (РАП) – из памяти прочитали первый операнд.

РА = РЧП – переслали на регистр РА АЛУ.

РАП = РК (А2)

РЧП = Чт (РАП)

РВ = РЧП

4 этап. Выполнение операций в АЛУ.

РС = РА оп РВ

5этап. Запись результата.

РАП = РК (А3) – адрес результата подаётся в память.

РЧП = РС

Зп (РАП) = РЧП

Трёхадресные команды.

коп

А1

А2

А3

При переходе к трёхадресной системе адрес следующей выполняемой команды будет храниться на счётчике команд (СчК). По сравнению с предыдущим пунктом меняется только первый пункт в микропрограмме.

ОП

Чт Р ЗМ Р Зп А Ч

  РК

П П

СчК

коп А1 А2 А3

Деш

РА РВ

БУУ

УУ

РС

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = СчК

РЧП = Чт (РАП)

РК = РЧП

СчК = СчК + n

2 – 5 этапы – Аналогично. Двухадресные команды. Нет поля А3.

коп А1 А2

Результат записываем либо на А1, либо на А2 (тогда этот операнд, на место которого будет записан результат, сотрётся, и нужна дополнительная команда, чтобы перезаписать этот операнд, если он понадобится для другой команды).

Одноадресные команды.

коп А1

Регистр-аккумулятор дополнительной команды (вставляется в ЦП). В него помещается второй операнд до выполнения одноадресной команды.

Безадресные команды.

Используется стек.

коп

z=c+b

c + b = z

c b z

b a a

a

Самый оптимальный вариант – это двухадресные и трёхадресные команды.

Л8

Способы адресации.

Адресный код команды в полях Аi в большинстве случаев не совпадает с исполнительным

адресом.

Под исполнительным адресом понимается физический адрес ячейки памяти, по которому хранится информация, или же по которому её необходимо записать.

1. Прямая адресация.

коп Аi

В адресном поле Аi хранится непосредственно исполнительный адрес.

Структурная схема.

коп Аi

адрес

операнд

ОП

операнд АЛУ

РАП = РК (Аi) РЧП = Чт (РАП) РА = РЧП

2. Непосредственная адресация.

В адресном поле команды хранится операнд.

Структурная схема.

коп Аi

операнд АЛУ

РА = РК (Аi)

При непосредственной адресации можно только считывать операнд, но нельзя записывать результат на место Аi.

3. Косвенная адресация.

В адресном поле команды хранится адрес ячейки ОП, по которому находится адрес операнда (то есть адрес адреса).

Структурная схема.

коп Аi ОП

адрес операнда

операнд

адрес операнда операнд АЛУ

РАП = РК (Аi) – подаём в память адрес адреса операнда.

РЧП = Чт (РАП) – получили адрес операнда.

РАП = РЧП

РЧП = Чт (РАП) – получили операнд.

РА = РЧП

4. Регистровая адресация.

В адресном поле команды указывается номер РОНа, в котором хранится операнд.

Структурная схема.

коп Ri

Номер РОНа

операнд

ОП

операнд АЛУ

РОНы используются для сокращения времени доступа за операндами.

Микропрограмма выполнения двухадресной команды формата регистр-регистр (R-R). Структура операционной части ЦП.

Запись результата производится на место первого операнда.

ОП

РВ

Чт

Р ЗМ Р А Ч

П П

СчК

РК коп R1 R2

+n Деш РА

БУУ

РОНы

РАРП

Чт РС

Зп

РЧРП

РАРП – регистр адреса регистровой памяти

РЧРП – регистр числа регистровой памяти

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = СчК – адрес следующей выполняемой команды помещаем в память.

РЧП = Чт (РАП) – на РЧП прочитали команду.

РК = РЧП – передали команду на РК.

СчК = СчК + n – (n – это длина в байтах текущей выполняемой команды).

2 этап. Дешифрация.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов. РАРП = РК (R1) – подали номер РОНа, где хранится первый операнд. РЧРП = Чт (РАРП) – выбрали первый операнд.

РА = РЧРП РАРП = РК (R2)

РЧРП = Чт (РАРП) – выбрали второй операнд.

РВ = РЧРП

4 этап. Выполнение операций в АЛУ.

РС = РА оп РВ

5этап. Запись результата.

РАРП = РК (R1)

РЧРП = РС

Зп (РАРП) = РЧРП – записали результат в R1.

Выполнение команд безусловного перехода формата R-R.

А1 А2

коп М R2

М – маска.

Go to L.

1 этап. Выбор машинной команды.

Аналогично.

2 этап. Дешифрация.

R2 – кодируется номер РОНа, в котором хранится адрес перехода.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

РАРП = РК (R2) – выбираем адрес перехода.

РЧРП = Чт (РАРП)

СчК = РЧРП – выбран адрес, по которому надо передать управление.

ОП

Чт

Р ЗМ Р А Ч

П П

СчК

+n

РК коп R1 R2

Деш

БУУ

РОНы

Чт

Зп

РАРП РЧРП

Выполнение команд условного перехода.If A>B go to L.

A-B – АЛУ – разбивается на 2 команды:

что больше: А или В, т.е. в АЛУ фиксируется результат выполняемой команды

(0,+,-)

в поле маски кодируется то условие, на которое мы проверяем; поле маски сравнивается с признаками, триггерами в АЛУ.

Если произошло совпадение, то переход должен осуществляться по адресу, хранящемуся в

РОНе, который находится на R2.

Л9

5. Базовая адресация.

Ai

коп

Bi

Di

В адресном поле Аi выделяется 2 подполя: Вi и Di.

Bi – номер базового регистра или адрес ячейки памяти, где хранится база.

(Bi) – база; наиболее часто база хранится в РОНах.

Di – смещени е, выбирается непосредственно из команды. Исполнительный адрес формируется как сумма базы и смещения: ИА = (Bi) + Di.

Структурная схема.

коп Bi Di

РОНы

Bi база

Di

(Bi) +

ОП

операнд АЛ

ИА операнд У

АЛУ

производит только сложение

и вычисляет адрес (индексное АЛУ)

6. Индексная адресация.

Ai

коп

Xi

Di

Xi – номер индексного регистра.

(Xi) – индекс.

Di – смещение.

Исполнительный адрес формируется как сумма индекса и смещения:

ИА = (Xi) + Di.

Структурная схема.

коп Xi Di

Xi РОНы

Di

+

(Xi) ИА ОП

операнд

база

операнд АЛ У

АЛУ

7. Базово-индексная адресация.

Ai

коп

Xi

Bi

Di

Xi – номер индексного регистра.

Bi – номер базового регистра.

Di – смещение.

Исполнительный адрес формируется как сумма индекса, базы и смещения:

ИА = (Xi) + (Bi) + Di.

Структурная схема.

коп Xi

Bi Di

Bi РОНы

Di

+

(Bi) ИА ОП

операнд

операнд АЛ

База У

Xi (Xi)

индекс

Микропрограмма выполнения двухадресной команды. Структура операционнойчасти ЦП.

Способы адресации: первый операнд – регистровая адресация;

второй операнд – базово-индексная адресация.

Запись результата производится на место первого операнда.

ОП

Р ЗМ Р А Ч П П

Чт

А1 А2

РК коп R1 X

B2 D

СчК

Деш

+n БУУ

РА РВ

РОНы

Чт

Зп

РАРП РС

РЧРП

А1 – информация об адресе первого операнда.

А2 – информация об адресе второго операнда.

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = СчК – адрес следующей выполняемой команды помещаем в память.

РЧП = Чт (РАП) – на РЧП прочитали команду.

РК = РЧП – передали команду на РК.

СчК = СчК + n – (n – это длина в байтах текущей выполняемой команды).

2 этап. Дешифрация.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

РАРП = РК (X2) – подали номер индексного регистра в РОНы.

РЧРП = Чт (РАРП) – получили индекс.

РА = РЧРП – подали индекс на АЛУ.

РАРП = РК (B2) – номер базового регистра подали в РАРП.

РЧРП = Чт (РАРП) – получили базу.

РВ = РЧРП – подали базу в АЛУ.

РС = РА + РВ – сложили базу и индекс – (X2)+(B2).

РА = РС – результат записали на РА.

РВ = РК (D2) – подали смещение на АЛУ.

РС = РА + РВ – получили исполнительный адрес операнда.

РАП = РС – подача ИА в память.

РЧП = Чт (РАП) – прочитали второй операнд.

РА = РЧП – подали на АЛУ.

РАРП = РК (R1) – подали в РАРП номер РОНа, где хранится первый операнд.

РЧРП = Чт (РАРП) – прочитали первый операнд.

РВ = РЧРП – подали его на АЛУ.

4 этап. Выполнение операций в АЛУ.

РС = РА оп РВ

5этап. Запись результата.

РЧРП = РС – записали результат.

Зп (РАРП) = РЧРП – результат записан в память.

8. Косвенно-регистровая адресация.

Ai

коп Ri

В адресном поле команды задаётся номер РОНа, в котором хранится адрес ячейки ОП,

где находится операнд.

Структурная схема.

коп Xi

РОНы

адрес

Адрес операнда ф ОП

операнд

Xi операнда

операнд АЛ

У

Л10

ОРГАНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ.

Центральный процессор, как и любое другое устройство обработки цифровой

информации, включает в себя две основные части: Операционную часть(операционное устройство) Управляющую часть(устройство управления).

Операционная часть состоит из регистров, счетчиков, сумматоров, дешифраторов и

связей между ними.

Операционная часть функционирует под воздействием управляющих сигналов,

которые вырабатывает управляющее устройство.

Операционная часть выполняет заданную микропрограмму, состоящую из микрокоманд.

Микрокоманда включает в себя одну или несколько микроопераций.

Микрооперация – это элементарная функциональная операция, выполняемая под воздействием одного управляющего сигнала в течение одного такта.

Если в течение одного такта выполняется несколько микроопераций под воздействием различных управляющих сигналов, то они объединяются в одну микрокоманду.

Устройство управления (УУ) служит для выработки последовательности управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются микрооперации.

В зависимости от способа выработки управляющего сигнала различают 2 основных подхода к построению УУ:

Микропрограммная реализация УУ

Аппаратная реализация УУ(схемная реализация или УУ с жёсткой логикой)

Микропрограммная реализация устройства управления.Схема Уилкса.

Введем обозначения:

РАМК - регистр адреса микрокоманд.

РМК – регистр микрокоманд

Основой микропрограммного УУ является память микрокоманд. Наиболее частый

у п р а в л. ч а с т ь а д р е с н. ч а с т ь

Р М К

Р

А Д ш

М

К

V 4 V 3 V 2 V 1

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

У п р а в л я ю щ а я ч

а с т ь А д р е с н а я ч а с т ь

случай- память микрокоманд реализуется в виде запоминающего устройства.

Условно на рисунке горизонтальными линиями показаны ячейки памяти, в каждой из которых закодирована одна микрокоманда, выполняемая за один такт.

Каждая микрокоманда включает в себя 2 части:

Управляющая часть

Адресная часть

В управляющей части будут кодироваться управляющие сигналы, которые затем подаются на вентили в Оперативную Часть Центрального Процессора.

В адресной части кодируется адрес ячейки памяти, где хранится следующая выполняемая микрокоманда.

Этот адрес из регистра микрокоманд(РМК) через линию задержки в следующем такте поступает на РАМК. И после его дешифрации из памяти микрокоманды, в соответствии с этим адресом на РМК считывается очередная микрокоманда.

Из управляющей части микрокоманды управляющие сигналы подаются на вентили в операционную часть ЦП, а из адресной части на регистр адреса микрокоманд в следующем такте заводится адрес следующей выполняемой микрокоманды.

Классификация микропрограммных устройств управления

1) по способу организации управляющей части

1. Горизонтальное УУ

Для каждого управляющего сигнала в управляющей части отводится отдельный разряд. Если в некотором такте управляющий сигнал должен быть =1, то в соответствующем разряде записывается 1. Таким образом, количество разрядов в управляющей части соответствует числу управляющих сигналов.

При такой организации можно совмещать микрооперации во времени.

Достоинства: Быстродействие за счёт возможности сокращения микропрограммы во времени и уменьшения длины микропрограммы.

Недостатки: Требуется большая ёмкость памяти микрокоманды, так как реально совместить большое количество микроопераций в одной микрокоманде не удаётся. Поэтому в основном память заполнена 0, т.е. не рациональное использование памяти.

2.Вертикальное УУ

В управляющей части кодируется номер управляющего сигнала. В одном такте совмещение микроопераций невозможно.

Достоинства: Сократился объём памяти микрокоманд.

Недостатки: За счёт увеличения длины микрокоманды быстродействие данного подхода хуже. На выходе управляющей части необходимо поставить дешифратор.

3.Горизонтально-вертикальное УУ

Все микрооперации разбиваются на группы, и внутри одной группы используется вертикальный подход, а в 1 микрокоманде для разных групп используется горизонтальный подход. Т.е. в одной микрокоманде можно выполнять различные микрооперации, относящиеся к различным группам.

2) Однофазные и многофазные УУ

В многофазных УУ такт разбивается на подтакты или фазы. На 1-ой фазе выполняются независимые микрооперации, а на различных фазах выполняются зависимые микрооперации.

В однофазных УУ на одном такте могут выполняться только независимые микрооперации.

3) Статические и динамические УУ

В статических используется постоянная память, т.е нельзя менять микропрограмму.

В динамических используется оперативная память и возможна перезапись.

Л11

Пример реализации УУ оперативной части центральногопроцессора при выполнении двухадресной команды форматарегистр-регистр.Результат записывается на место второго операнда.

1.Горизонтальное микропрограммное УУ

ОП

Р

А ЗМ П

Чт

Р Зп

Ч

П

V2

V13

V7

V1 V3

V8 V10

V12

СчК КОП

+n

R1 R2 РК

P1 P2

V4 V5 V9

V11

Чт

РОНы

V6

РАРП

РЧРП

PC

1 этап. Выбор команды из памяти. V1 РАП:=СчК

V2 РЧП:=Чт(РАП)

V3 РК:=РЧП

V4 СчК:=СчК+n

2 этап. Дешифрация кода операции.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов. V5 РАРП:=РК (R1)

V6 РЧРП:=Чт (РАРП) (выбор адреса первого операнда из РОНов)

V7 РАП:=РЧРП

V2 РЧП:=Чт (РАП) (выбор первого операнда из ОП)

V8 Р1:=РЧП

V9 РАРП:=РК (R2)

V6 РЧРП:=Чт (РАРП) (выбор адреса второго операнда из РОНов)

V7 РАП:=РЧРП

V2 РЧП:=Чт (РАП) (выбор второго операнда из ОП)

V10 Р2:=РЧП

4 этап. Выполнение операции в АЛУ.

V11 РС=Р1 операция Р2

5 этап. Запись результата.

V12 РЧП:=РС

V13 Зп (РАП)=РЧП

Совместиммикрооперациювовремени.

1 этап. Выбор команды из памяти

V1 РАП:=СчК

V2 РЧП:=Чт(РАП)

V3, V4 РК:=РЧП, СчК:=СчК+n

2 этап. Дешифрация кода операции

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов

V5 РАРП:=РК(R1)

V6 РЧРП:=Чт(РАРП)

V7,V9 РАП:=РЧРП,РАРП:=РК(R2)

V2,V6 РЧП:=Чт(РАП), РЧРП:=Чт(РАРП)

V7,V8 РАП:=РЧРП,Р1:=РЧП

V2 РЧП:=Чт(РАП)

V10 Р2:=РЧП

4 этап. Выполнение операции в АЛУ

V11 РС:=Р1 операция Р2

5 этап. Запись результатов

V12 РЧП:=РС

№ Т	Vi
T1	V1
T2	V2
T3	V3,V4
T4	V5
T5	V6
T6	V7,V8
T7	V2,V6
T8	V7,V8
T9	V2
T10	V10
T11	V11
T12	V12
T13	V13

V13 Зп(РАП):=РЧП Получилось всего 13 тактов.

Схема Уилкса

Вначале на РАМК подаётся адрес первой выполняемой микрокоманды(0000). После дешифрации эта микрокоманда считывается из памяти микрокоманды на РМК. При этом управляющий сигнал V1=1, а все остальные =0. Управляющий сигнал V1 поступает на соответствующий вентиль в операционную часть ЦП. И в этом такте срабатывает только одна пересылка, сработает только одна микрооперация- информация с Счётчика Команд(СчК) будет передана на РАП. Т.к. все остальные управляющие сигналы равны 0, то другие микрокоманды выполняться не будут. В адресной части для данной микрокоманды закодирован код 0001,что соответствует адресу ячейки, где хранится следующая, т.е. вторая выполняемая микрокоманда.И далее проделываем аналогичные действия.

2.Вертикальное микропрограммное УУ

Здесь совмещение микроопераций невозможно.

№ Т	Vi
Т1	V1
Т2	V2
Т3	V3
Т4	V4
Т5	V5
Т6	V6
Т7	V7
Т8	V2
Т9	V8
Т10	V9
Т11	V6
Т12	V7
Т13	V2
Т14	V10
Т15	V11
Т16	V12
Т17	V13

 

Л12

Выполнение перехода на микропрограммном уровне.

В том случае, если необходимо на микропрограммном уровне выполнить команду

перехода, то адрес следующей выполняемой микрокоманды будет соответствовать 2

частям:

1. основной(базовой) части(адрес микрокоманды), который выбирается(хранится) в адресном поле предыдущей микрокоманды

2.значение признаковых триггеров, которые определяют младшую часть адреса микропрограммы. Значение признаковых триггеров формируется в оперативной части центрального процессора. Таким образом при выполнении операции перехода на микропрограммном уровне в зависимости от условия, которое содержится на признаковом триггере, будет сформировано 2 адрес, отличающихся младшими разрядами(см. выполнение операции умножения в АЛУ)

Адрес микрокоманды:

Основная частьпризнаковый триггер

Базовая часть младшая часть адреса

Если признаковый триггер триггер=0, то микрокоманда кодируется 100…100,а если 1 то

100…101.

Микрокоманда,до выполнения операции она содержит в адресном поле вот такой адрес условного перехода на микропрогр.уровне 100…100-базовая часть

0 нет да 1

Vj РА=0 PA=Pi Vi

100…100 100…101

Имеется фрагмент микропрограммы выполнения операции умножения.

В микрокоманде содержится до операции перехода на микропрограммном уровне,в ней содержится база.

В качестве признакового триггера при выполнении операции умножения выступает младший разряд множителя.

Если младший разряд(признаковый триггер)=1 по алгоритму вырабатываем управляющий сигнал Vi, пересылаем информацию с одного регистра га другой. Тогда микрокоманда, которая предназначена для выработки сигнала Vi должна быть переписана по адресу базы, а в младший разряд подставим значение признакового триггера, т.е. 1.

В том случае если признаковый триггер=0, необходимо обнулить регистр. Это обнуление осуществляется под управлением сигнала Vj. Поэтому эту микропрограмму пишем по адресу базы 100…100 и в младший разряд 0.

Обобщённая структурная схема микропрограммного устройствауправления.

БФА- блок формирования адреса

РАМК- регистр адреса микрокоманд

Дш- дешифратор

РМК- регистр микрокоманд

Операционная часть

Дш

Управл. часть Адрес.часть

Память микрокоманды

Дш

РАМК

БФА

БФА предназначен для формирования адреса с учётом команд перехода на микропрограммном уровне. При появлении команд перехода в микропрограмме старшая часть адреса выбирается из адресной части микрокоманды, а младшая часть соответствует признаковым триггерам в опер. части. Из адресной части поступает сам адрес, в случае команды перехода на микропрограммном уровне, то адресная часть выбирает базовую часть адреса.

Аппаратная реализация УУ(схемная реализация или УУ с жёсткойлогикой)

Vi

&

k j

Дш Дш

ГТИ СчТИ

РК

коп

ГТИ – генератор тактовых импульсов.

СчТИ – счётчик тактовых импульсов.

В каждый такт ГТИ формирует тактовый импульс. СчТИ это всё подсчитывает (содержит номера тактов). Номер текущего такта подаётся на Дш, и дешифратор преобразует его в соответствующий сигнал: к в к, 1 в 1, 3 в 3 и т.д.

Если для j-той команды в к-том такте необходимо выработать управляющий сигнал

Vi, то для этого необходимо воспользоваться схемой (*):

(*)

Vi

&

k j

Дш Дш

ГТИ СчТИ

коп

Если для j-той команды необходимо выработать сигнал Vi в двух тактах, то пользуемся для этого схемой (**):

(**)

Vi

&

Дш Дш

l k j

Дш Дш

ГТИ СчТИ

РК

коп

Пример горизонтального аппаратного УУ, схема Уилкса.

№ Т	Vi
T1	V1
T2	V2
T3	V3,V4
T4	V5
T5	V6
T6	V7,V9
T7	V2,V6
T8	V7,V8
T9	V2
T10	V10
T11	V11
T12	V12
T13	V13

V1

&

V2

&

V3

& V4

& V5

Г С

Т ч Д

V6

&

V7 V6 V2

И Т ш &

И

&

&

&

&

&

&

&

j

V9 1 1

V2

V6

V7

V7 1

V8

V2

V10

V11

V12

V13

Дш

РК коп

Сравнение микропрограммной и аппаратной реализации УУ

 

1.Стоимость.

Чем больше микрокоманда, тем дороже обойдётся(микропрограммное лучше)

2. Быстродействие.

Аппаратная реализация более быстрая

3.Надёжность

У микропрограммной надёжность выше.

4.Сроки проектирования

У микропрограммной сроки проектирования сокращаются, т.к. надо только написать, а дальше всё автоматизируется.

Л13

Организация АЛУ

I Выполнение операций в АЛУ для чисел с фиксированной точкой АЛУ для выполнения операций сложения и вычитания над числами сфиксированной точкой.

Любое число с фиксированной точкой имеет 7 разрядов

np

Знак числа

Пример

x-y

5-3

Значащая часть

Прямой код 5=0.0101, обратный код -5=1.1010+1=1.1011

3=0.0011

0.0101

x=+5

y=-3

1.1101

0.0010

y

Р1 00.0011

Шина входа

x

РА 11.1100

00.0101 PB

+1

Признаковый триггер

00.0010 РС

Шина выхода

Одноразрядный сумматор

a0 0

ai 1 bi

Pi-1

ci

Pi

перенос

При выполнение операции вычитания x-y, уменьшаемое x подается на регистр РВ, вычитаемое e подается на регистр Р1; чтобы получить дополнительный код y информацию с Р1 на РА записывают в обратном коде, то есть инвертируется, снимается информация с инверсных выходов регистра Р1 при перезаписи.

В сумматоре складывается содержимое РА и РВ и +1 к младшему разряду.

Таким образом, в сумматоре к уменьшаемому x прибавляется дополнительный код вычитаемого y. На регистре РС фиксируется результат выполненной операции, который затем по шине выхода записывается в память. На признаковых триггерах фиксируется Т- признак - результат выполненной операции, то есть больше, меньше или равно нулю, или переполнение (формат чисел с фиксированной и плавающей точкой в обратном и дополнительном коде).

При выполнение операции сложения на регистры РВ и Р1 заносятся два слагаемых. На РА и Р1 передается без изменения. В АЛУ суммируются два числа РА и РВ, результат заносится на РС и Т-признак.

Пример

(-3) – (-5)

-5 V2

Шина входа

Р1 00.0011

РА 11.1100

V3 V4

V1

-3

00.0101 PB

V6

+1

Тпр

V8

V5

00.0010 РС

V7

Шина выхода

V1 РВ=Швх

V2 Р1=Швх

Дата добавления: 2014-01-07