5. Оформление результатов.

Оформите результаты выполнения данной работы в виде отчета (в электронном виде), в соответствии с требованиями.

Аппаратные средства

информационных технологий

Практическая работа № 6. Командный цикл процессора

Цель работы:

1. Знакомство с принципами работы устройства управления ЭВМ.

2. Изучения принципа микропрограммного управления.

3. Изучение системы команд модельной ЭВМ.

4. Изучение процесса программирования на модели учебной ЭВМ.

Теоретические сведения:

Устройство управления

Процессор ЭВМ условно можно разделить на два основных блока:

- операционный блок;

- управляющий блок.

Рис. 6.1. Процессор как композиция операционного и управляющего автоматов.

Для реализации любой команды необходимо на соответствующие управляющие входы операционного устройства процессора подать определенным образом распределенную во времени последовательность управляющих сигналов. Часть процессора, реализующая функции управляющего автомата, предназначенная для выработки этой последовательности, называется устройством управления.

Устройство управления предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в операционном (арифметико-логическом устройстве), а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства.

Устройства управления делятся на:

• УУ с жесткой, или схемной логикой;

• УУ с программируемой логикой (микропрограммные УУ).

В устройствах управления первого типа для каждой команды, задаваемой кодом операции, строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах вырабатывают необходимые управляющие сигналы (рисунок 6.2).

Рис. 6.2. Устройство управления с дешифратором и счетчиком синхронизации тактов

Для примера рассмотрим один из управляющих сигналов — С₅. Предположим, что по этому сигналу данные с внешней магистрали считываются в регистр данных памяти. Значение сигнала C₅ вырабатывается на такте T₂ и определяются в зависимости от двух управляющих сигналов, Р и Q, комбинация которых определяет текущую фазу цикла обработки команды:

PQ = 00 фаза извлечения

PQ = 01 фаза косвенной адресации

PQ = 10 фаза выполнения

PQ =11 фаза прерывания

Сигнал С₅ вырабатывается при комбинациях PQ = 00 и 01. Тогда для сигнала С₅ можно записать следующую булеву функцию:

C₅=¬P·¬Q·T₂ + ¬P·Q·T₂

В соответствии с этой формулой сигнал С₅ будет установлен во втором такте обеих фаз (извлечения и косвенной адресации).

По такому же принципу формируются логические выражения и для остальных управляющих сигналов. В результате будет получено множество булевых выражений, описывающих логику работы устройства управления.

Конечно, для современных процессоров, обладающих сложной системой команд, количество булевых выражений подобного типа должно быть огромным, а сами выражения должны быть очень сложными. Не менее сложной будет и задача построения комбинационной схемы, реализующей эти выражения. Поэтому такой подход применяется только в относительно простых процессорах, вроде Intel 8085. В других же используется более гибкий подход, основанный на идее микропрограммирования

В микропрограммных УУ каждой команде ставится в соответствие совокупность хранимых в специальной памяти слов - микрокоманд. Каждая из микрокоманд содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в данном такте, и указание, какое слово должно быть выбрано из памяти в следующем такте.

Микрокоманды, предназначенные для выполнения некоторой функционально законченной последовательности действий, образуют микропрограмму. Например, микропрограмму образует набор микрокоманд для выполнения команды умножения.

Любое действие, выполняемое в операционном блоке, описывается некоторой микропрограммой и реализуется за один или несколько тактов. Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией

Принцип микропрограммного управления

В микропрограммных УУ каждой команде ставится в соответствие совокупность хранимых в специальной памяти слов - микрокоманд. Каждая из микрокоманд содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в данном такте, и указание, какое слово микропрограммы должно быть выбрано из памяти в следующем такте.

Микрокоманды, предназначенные для выполнения некоторой функционально законченной последовательности действий, образуют микропрограмму. Например, микропрограмму образует набор микрокоманд для выполнения команды умножения.

Любое действие, выполняемое в операционном блоке, описывается некоторой микропрограммой и реализуется за один или несколько тактов. Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией