Устройство управления. Микропрограммная и аппаратная реализация устройства управления.
Микропрограммы реализации перечисленных ранее целевых функций инициируются задающим оборудованием, которое вырабатывает требуемую последовательность управляющих сигналов и входит в состав управляющей части УУ. Выполняются микропрограммы исполнительным оборудованием, входящим в состав основной памяти, арифметическо – логического устройства и других устройств ЭВМ
Микропрограммная реализация управления обеспечивает меньшее быстродействие из-за ее последовательного характера, но значительно большую гибкость работы МП благодаря легкости изменения микропрограммы и возможности перестройки системы команд, повышает производительность за счет введения дополнительного набора микроопераций.
Функциональная и структурная организация процессоров. Классификация процессоров. (cisc и risc)
По структурной схеме: УБ - управляющий блок выставляет адрес для ЗУ. ЗУ – поступают операторы на ОБ (операционный блок) и код команды на УБ
По функциональной схеме: ГТИ-генератор тактовых импульсов, D-данные, A-шина адреса, С-шина управления. Принципы взаимодействия могут быть частично асинхронные, из чего может следовать нежесткая связанность модулей. При записи данных используется частотный принцип.
RISC: RISC — Reduced Instruction Set Computer (процессор с сокращенным набором команд). Сис-ма команд. Длина команды 1 байт. Формат основной команды: хх Ra Rb Формат префикса дополнения: 11 ххх Rb Rb и Rb 3 битовые указатели на регистры
Особенности: 1) Простая сис-ма команд, 2) Управляющий автомат с жесткой логикой работы, 3) Увеличенный объем СОЗУ, 4) Большой объем кода, 5) Время Выполнения команд 1-2 такта.
Недостатки: 1) Загрузка системного интерфейса МП, 2) Необходим КЭШ, 3) Необходимо большое быстродейств ОЗУ, 4) Большие затраты на программирование, 5) Увеличение времени дешифрации команд.
Управляющий блок (УБ) строится на базе управляющего автомата с программируемой логикой работы. Следовательно, система команд сложная и мощная. Это означает, что: а) Присутствует множество способов адресации; б) Выполнение команд – многотактовое.
УБ выдает микрокоманду, в которой предусмотрено отдельное поле для каждого из устройств (кроме очереди команд и устройств связи с внешней шиной; для них используется второй Управляющий Блок, “слабо” связанный с основным).
К особенностям можно также отнести: — Использование неравномерного кодирования команд; — Компактность кода;
Недостатки CISC: 1) Далеко не все программы используют полностью всю имеющуюся мощную систему команд. 2) Нельзя использовать префикс замены сегмента с префиксом повторения для строковых команд при разрешенных прерувааниях. 3) Даже самые простые команды не могут выполняться за 1 такт. 4) Ограниченные возможности оптимизации кода программы (ограниченное количество режимов адресации). 5) Малая емкость СОЗУ.
Центральный процессор. Структура и организация центрального процессора. Влияние на работу процессора адресности команд и способа адресации.
Центральный процессор (ЦП, или центральное процессорное устройство — ЦПУ) — электронный блок либо микросхема — исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.
Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.
Регистр адреса
Регистр адреса (РА) предназначен для хранения адреса ячейки основной памяти вплоть до завершения операции (считывание или запись) с этой ячейкой.
Указатель стека
Указатель стека (УкС) — это регистр, где хранится адрес вершины стека. Счетчик команд
Счетчик команд (СК) — неотъемлемый элемент процессора любой ЭВМ, построенной в соответствии с фоннеймановским принципом программного управления. Согласно этому принципу соседние команды программы располагаются в ячейках памяти со следующими по порядку адресами и выполняются преимущественно в той же очередности, в какой они размещены в памяти ЭВМ.
Регистр команды
Чтобы приступить к выполнению команды, ее необходимо извлечь из памяти и разместить в регистре команды (РК). Этот этап носит название выборки команды. Только с момента загрузки команды в РК она становится «видимой» для процессора. В РК команда хранится в течение всего времени ее выполнения.
Регистры общего назначения
Регистры общего назначения (РОН), служат для временного хранения операндов и результатов вычислений.
Индексные регистры
Индексные регистры (ИР) служат для формирования адресов операндов при реализации циклических участков программ.
Регистр признака результата
Регистр признака результата (РПР) предназначен для фиксации и хранения признака, характеризующего результат последней выполненной арифметической или логической операции.
Аккумулятор
Аккумулятор (Акк) — это регистр, на который возлагаются самые разнообразные функции. Так, в него предварительно загружается один из операндов, участвующих в арифметической или логической операции. В Акк может храниться результат предыдущей команды и в него же заносится результат очередной операции.
Буфер данных
Буфер данных призван компенсировать разницу в быстродействии запоминающих устройств и устройств, выступающих в роли источников и потребителей хранимой информации. В буфер данных при чтении заносится содержимое ячейки ОП, а при записи — помещается информация, подлежащая сохранению в ячейке ОП.
Буфер адреса
Наличие буфера адреса также позволяет компенсировать различия в быстродействии оперативной памяти и других устройств ЭВМ.
Способ адресации — это способ формирования исполнительного адреса операнда по адресному коду команды. Способ адресации существенно влияет на параметры процесса обработки информации. Одни способы позволяют увеличить емкость адресуемой памяти без удлинения команды, но снижают скорость выполнения операции, другие — ускоряют операции над массивами данных, третьи — упрощают работу с подпрограммами и т.д. В сегодняшних ЭВМ обычно имеется возможность приложения нескольких различных способов адресации операндов к одной и той же операции.
При непосредственной адресации (НА) в адресном поле команды вместо адреса содержится непосредственно сам операнд. Этот способ может применяться при выполнении арифметических операции, операций сравнения, а также для загрузки констант в регистры.
Одним из путей преодоления проблем, свойственных прямой адресации, может служить прием, когда с помощью ограниченного адресного поля команды указывается адрес ячейки, содержащей полноразрядный исполнительный адрес операнда. Этот способ известен как косвенная адресация (КА).
Регистровая адресация (РА) напоминает прямую адресацию. Различие состоит в том, что адресное поле инструкции указывает не на ячейку памяти, а на регистр процессора. Идентификатор регистра в дальнейшем будем обозначать буквой R. Обычно размер адресного поля в данном случае составляет три или четыре бита, что позволяет указать соответственно на один па 8 или 16 регистров общего назначения (РОН).
При относительной адресации (ОА) для получения исполнительного адреса операнда содержимое подполя Ак команды складывается с содержимым счетчика команд. Таким образом, адресный код в команде представляет собой смещение относительно адреса текущей команды. Следует отметить, что в момент вычисления исполнительного адреса операнда в счетчике команд может уже быть сформирован адрес следующей команды, что нужно учитывать при выборе величины смещения. Обычно подполе Ак трактуется как двоичное число в дополнительном коде.