2. Процессор

Центральный процессор состоит из следующих блоков:

• операционный блок (АЛУ, внутренние регистры, логика сдвигов);

• устройство микропрограммного управления;

• устройство преобразования адресов (сегментное и страничное преобразование);

• шинный интерфейс;

• кэш команд и данных;

В состав шинного интерфейса входят регистры входных и выходных данных, схему управления шиной. Регистр выходных данных также является регистром адреса, т.к. в магистрали совмещена шина данных и адреса. Схема управления шиной реализует циклы шины и управляющие функции, включая пакетные передачи и арбитраж шины.

Операционный блок предназначен для выполнения арифметико-логических операций над данными. Он строится на основе микропроцессорных секций.

Устройство управления предназначено для микропрограммного управления всеми блоками ЦП. Для повышения производительности (путем уменьшения простоев операционного блока) структура устройства управления конвейерная. Конвейерный регистр – регистр микрокоманд. Такая структура позволяет совмещать выборку следующей микрокоманды с выполнением текущей в ОБ. Устройство управления строится на основе устройства управления последовательностью микрокоманд – секвенсора, который адресует микропрограммную память и тем самым выбирает микрокоманды. Для обработки внутренних прерываний на микропрограммном уровне применяется схема обработки внутренних прерываний, которая адресует вместо секвенсора следующую микрокоманду, переводя при этом выходы секвенсора в Z-состояние [2]. Преобразователь начального адреса (ПНА) переводит код операции из команды в начальный адрес микропрограммы.

Устройство управления ОП состоит из устройства сегментации, устройства страничного преобразования и буфера TLB. Устройство сегментации преобразует сформированный программой сегментированный адрес (виртуальный) в несегментированный линейный адрес. Это устройств содержит сегментные регистры и «теневые регистры».

Устройство страничного преобразования преобразовывает линейный адрес в физический. Это устройство при отсутствии необходимой страницы в памяти вырабатывает внутренне прерывание по страничному сбою. В это устройство входит буфер TLB, который содержит физические адреса 32-х последних используемых страниц, что позволяет без обращений к таблицам страниц в ОП получать физические адреса.

Кэш команд и данных хранит копии последних считанных команд и данных. Когда ЦП запрашивает информацию уже находящуюся в кэш (кэш попадание), обращений к ОП не требуется, что повышает быстродействие. Если требуемой информации нет, то из ОП считываются требуемые данные и соседние с ними в пакетном режиме передачи. Кэш подробно описывается во второй части проекта.

Для передачи информации между блоками используется локальная шина данных. Источниками данных могут быть: регистр входных данных, кэш, регистр микрокоманд (для передачи константы), регистр состояния (для сохранения слова состояния процессора) и выходная шина операционного (для сохранения в кэш). Выходная шина ОБ подается через регистр для исключения конфликтов на шине. Все источники данных на локальную шину должны иметь выходы с Z-состоянием для исключения конфликтов.

Структурная схема ЦП представлена в приложении №2.