Модель устройства управления 295

Рис. 6.1 .Типовые граф-схемы этапов исполнения команды: а — «Сложение»; б — «Запись»;

в— «Условный переход»

Оператор этапа исполнения операции для команд "Зп" имеет смысл записи результата предыдущей операции Р0_М в ячейку с адресом А_исп:

0П[А_исл]:=ИО(КО_П(,РО_м).

Местоположение Р0_М определяется кодом операции ΚΟη. Оператор этапа ИО для команд «УП» обеспечивает формирование адреса следующей (i + 1)-й команды в зависимости от А_исп и значения проверяемого условия перехода Уел

Местоположение проверяемого условия также определяется кодом операции КЩ

Модель устройства управления

Для выполнения своих функций УУ должно иметь входы, позволяющие определить состояние управляемой системы, и выходы, через которые реализуется управление поведением системы. Модель УУ показана на рис. 6.2 [200]. Входной информацией для устройства управления служат:

• тактовые импульсы — с каждым тактовым импульсом УУ инициирует выполне-

ние одной или нескольких микроопераций;

• код операции — код операции текущей команды поступает из регистра команды и используется, чтобы определить, какие микрооперации должны выполняться в течение машинного цикла;

• флаги — требуются устройству управления для оценки состояния ЦП и результата предшествующей операции, что необходимо при выполнении команд условного перехода;

• сигналы из системной шины — часть сигналов с системной шины, обеспечиваю-

щая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т. п.

В свою очередь, УУ, а точнее микропрограммный автомат, формирует следукь щую выходную информацию:

• внутренние сигналы управления — эти сигналы воздействуют на внутренние схемы центрального процессора и относятся к одному из двух типов: тем, которые вызывают перемещение данных из регистра в регистр, и тем, что инициируют определенные функции операционного устройства ВМ;

• сигналы в системную шину — также относятся к одному из двух типов: управля-

ющие сигналы в память и управляющие сигналы в модули ввода/вывода.

Структура устройства управления

Как уже отмечалось ранее, процесс функционирования ВМ состоит из последовательности элементарных действий в ее узлах. Такие элементарные преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями (МО). Совокупность сигналов управления, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду (МК). В свою очередь, последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок реализации машинного цикла, принято называть микропрограммой. Сигналы управления вырабатываются устройством управления, а точнее одним из его узлов — микропрограммным автоматом (МПА). Название отражает то, что МПА определяет микропрограмму как последовательность выполнения микроопераций.

Микропрограммы реализации перечисленных ранее целевых функций инициируются задающим оборудованием, которое вырабатывает требуемую последовательность сигналов управления и входит в состав управляющей части УУ.

Структура устройства управления 2 9 7

Выполняются микропрограммы исполнительным оборудованием, входящим в состав основной памяти (для ЦФ-ВК и ЦФ-ВО) и операционного устройства (для ЦФ-ИО). Исполнительным оборудованием для целевых функций ЦФ-ФАСК, ЦФ-ФИА служит адресная часть устройства управления. В обобщенной структуре УУ (рис. 6.3) можно выделить две части: управляющую и адресную.

Управляющая часть УУ предназначена для координирования работы операционного блока ВМ, адресной части устройства управления, основной памяти и других узлов ВМ.

Адресная часть УУ обеспечивает формирование адресов команд и исполнительных адресов операндов в основной памяти.

В состав управляющей части УУ входят:

• регистр команды (РК), состоящий из адресной (Адрес) и операционной (КОп, СА) частей;

• микропрограммный автомат (МПА);

• узел прерываний и приоритетов УПП).

Регистр команды РК предназначен для приема очередной команды из запоминающего устройства. Микропрограммный автомат на основании результатов расшифровки операционной части команды (КОп, СА) вырабатывает определенную последовательность микрокоманд, вызывающих выполнение всех целевых функций УУ.

В зависимости от способа формирования микрокоманд различают микропрограммные автоматы:

• с жесткой или аппаратной логикой;

• с программируемой логикой.

Организация МПА этих двух типов будет рассмотрена в последующих разделах.

Узел прерываний и приоритетов позволяет реагировать на различные ситуации, связанные как с выполнением рабочих программ, так и с состоянием ВМ.

2 98 Глава 6. Устройства управления

Адресная часть УУ включает в себя:

• операционный узел устройства управления (ОПУУ);

• регистр адреса (РгА);

• счетчик команд (СК).

Регистр адреса используется для хранения исполнительных адресов операндов, а счетчик команд — для выработки и хранения адресов команд. Содержимое РгА и СК посылается в регистр адреса основной памяти (ОП) для выборки операндов и команд соответственно.

ОПУУ, называемый иначе узлом индексной арифметики или узлом адресной арифметики, обрабатывает адресные части команд, формируя исполнительные адреса операндов, а также подготавливает адрес следующей команды при выполнении команд перехода. Состав ОПУУ может быть аналогичен составу основного операционного устройства ВМ (иногда в простейших ВМ с целью экономии затрат на оборудование ОПУУ совмещается с основным операционным устройством).

Сказанное об адресной части УУ проиллюстрируем примерами. Пусть в ОПУУ входят два индексных регистра HPj ИР₂ и индексный сумматор СМИ, как показано на рис. 6.4. '

Для данной схемы микропрограмма формирования исполнительного адреса имеет вид, представленный на рис. 6.5, а.

ПРИМЕЧАНИЕ .Индексы при сокращениях П (Прием) и В (Выдача) обозначают фаз-ность передаваемого кода. Каждый двоичный разряд однофазного кода передается по одной цепи (и поступает только на вход S соответствующего триггера). Каждый двоичный разряд парафазного кода передается по двум цепям (и поступает на входы S и R соответствующего триггера), при этом не требуется предварительное обнуление триггера-приемника.

Выполняемые действия определяются полем способа адресации. Если СА указывает на индексную адресацию относительно ИР_Х или ИР₂ (СА = 1, СА = 2), то по

Структура устройства управления 2 9 9

Рис. 6.5. Микропрограмма формирования: а— исполнительного адреса; б —адреса

следующей команды

управляющему сигналу В,ИР (В,ИР₂) индекс адреса из ИР (ИР₂) подается на левый вход сумматора СМИ. Одновременно по управляющему сигналу BjPK на правый вход СМ1 поступает адресная часть команды из регистра команды — РК(а). Осуществляется микрооперация сложения, результат которой (А_исл) по управляющему сигналу П_гРгА заносится в РгА. Если СА = 3, то адрес формируется по способу прямой адресации. В этом случае по управляющему сигналу Β,ΡΚ выполняется микрооперация сложения адресной части РК с нулем. Результат сложения по управляющему сигналу П₂РгА с выхода СМИ записывается в РгА

Микропрограмма формирования адреса следующей команды (ЦФ-ФАСК) изображена на рис. 6.5, б. Видим, что естественное формирование адреса следую-"щей команды (с помощью СК) не производится, если исполняется команда безусловного (БП) или условного (УП) перехода. Такой адрес формируется на этапах ФИА и ПО, он равен исполнительному адресу (если это УП и условие перехода выполняется, или если это БП).

В состав УУ могут также входить дополнительные узлы, в частности узел организации прямого доступа к памяти. Этот узел обычно реализуется в виде самосто-- ягельного устройства — контроллера прямого доступа к памяти (КПДП). КПДП обеспечивает совмещение во времени работы операционного устройства с процессом обмена информацией между ОП и другими устройствами ВМ, тем самым повышая общую производительность машины.

Довольно часто регистры различных узлов УУ объединяют в отдельный узел управляющих (специальных) регистров устройства управления.

Все множество технологий, используемых при реализаций микропрограммных автоматов устройств управления, можно свести к двум категориям:

• МПА с «жесткой» логикой или аппаратурной реализацией;

• МПА с программируемой логикой.





	• флаги — требуются устройству управления для оценки состояния ЦП и результата предшествующей операции, что необходимо при выполнении команд условного перехода; • сигналы из системной шины — часть сигналов с системной шины, обеспечиваю- щая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т. п. В свою очередь, УУ, а точнее микропрограммный автомат, формирует следукь щую выходную информацию: • внутренние сигналы управления — эти сигналы воздействуют на внутренние схемы центрального процессора и относятся к одному из двух типов: тем, которые вызывают перемещение данных из регистра в регистр, и тем, что инициируют определенные функции операционного устройства ВМ; • сигналы в системную шину — также относятся к одному из двух типов: управля- ющие сигналы в память и управляющие сигналы в модули ввода/вывода.

	Структура устройства управления Как уже отмечалось ранее, процесс функционирования ВМ состоит из последовательности элементарных действий в ее узлах. Такие элементарные преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями (МО). Совокупность сигналов управления, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду (МК). В свою очередь, последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок реализации машинного цикла, принято называть микропрограммой. Сигналы управления вырабатываются устройством управления, а точнее одним из его узлов — микропрограммным автоматом (МПА). Название отражает то, что МПА определяет микропрограмму как последовательность выполнения микроопераций. Микропрограммы реализации перечисленных ранее целевых функций инициируются задающим оборудованием, которое вырабатывает требуемую последовательность сигналов управления и входит в состав управляющей части УУ.



	2 98 Глава 6. Устройства управления

	Адресная часть УУ включает в себя: • операционный узел устройства управления (ОПУУ); • регистр адреса (РгА); • счетчик команд (СК). Регистр адреса используется для хранения исполнительных адресов операндов, а счетчик команд — для выработки и хранения адресов команд. Содержимое РгА и СК посылается в регистр адреса основной памяти (ОП) для выборки операндов и команд соответственно. ОПУУ, называемый иначе узлом индексной арифметики или узлом адресной арифметики, обрабатывает адресные части команд, формируя исполнительные адреса операндов, а также подготавливает адрес следующей команды при выполнении команд перехода. Состав ОПУУ может быть аналогичен составу основного операционного устройства ВМ (иногда в простейших ВМ с целью экономии затрат на оборудование ОПУУ совмещается с основным операционным устройством). Сказанное об адресной части УУ проиллюстрируем примерами. Пусть в ОПУУ входят два индексных регистра HPj ИР₂ и индексный сумматор СМИ, как показано на рис. 6.4. '



	Для данной схемы микропрограмма формирования исполнительного адреса имеет вид, представленный на рис. 6.5, а. ПРИМЕЧАНИЕ .Индексы при сокращениях П (Прием) и В (Выдача) обозначают фаз-ность передаваемого кода. Каждый двоичный разряд однофазного кода передается по одной цепи (и поступает только на вход S соответствующего триггера). Каждый двоичный разряд парафазного кода передается по двум цепям (и поступает на входы S и R соответствующего триггера), при этом не требуется предварительное обнуление триггера-приемника.

	Выполняемые действия определяются полем способа адресации. Если СА указывает на индексную адресацию относительно ИР_Х или ИР₂ (СА = 1, СА = 2), то по