Структура процессора

Процессор осуществляет непосредственно обработку данных и программное управление процессом обработки данных. Он синтези­руется в виде соединения двух устройств: операционного и управля­ющего (рис. 4.4).

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:

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

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

3) пересылка содержимого одного узла в другой (например, пересыл­ка содержимого регистра R2 в регистр R 1, обозначаемая Rl (R2)),

4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра Rl, обозначаемый Rl СдвЛ (Rl));

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

6) сложение (например, R2 (R2) + (R1));

7) сравнение содержимого регистра на равенство с некоторым чис­лом; результат сравнения: лог.1 (при выполнении равенства) либо лог.0 (при невыполнении равенства);

8) некоторые логические действия (поразрядно выполняемые опера­ции конъюнкции, дизъюнкции и др.).

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

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

Taким образом, если в операционном устройстве предусматривается возможность исполнения п 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 этой микрооперации, подать сигнал (например, напряжение уровня лог.1. В силу того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последова­тельности должны выполнятся микрооперации, оно получило назва­ние микропрограммного автомата.

Формирование управляющих сигналов у₁,…,у_п (рис. 7.5) для выпол­нения микрокоманд может происходить в зависимости от состояния узлов операционного устройства, определяемого сигналами х₁,…,х_s, которые подаются с соответствующих выходов операционного устрой­ства на входы управляющего устройства. Управляющие сигналы у₁,…,у_п могут также зависеть от внешних сигналов х_s+1,…,х_L.

Для сокращения числа управляющих цепей, выходящих из управля­ющего устройства (в тех случаях, когда оно конструктивно выполняется отдельно от операционного), микрокоманды могут кодироваться (для этого применяется двоичный код).