10.12.2012 — Лекция №21

Для устранения этого недостатка применяется индивидуальное схемное управление, при этом для каждой команды реализуется собственный датчик управляющих сигналов, поэтому УУ не простаивает ни одного такта и наиболее эффективно использует время процессора.

Основной недостаток индивидуального схемного управления в больших аппаратных затратах, т.е. реализация сложная (аппаратная часть) и командный цикл выполняется асинхронно, что затрудняет процесс синхронизации работы с другими устройствами, т.к. цикл не постоянный и зависит от ... в программе. Для сохранения высокой эффективности и уменьшения аппаратных затрат применяют смешанное схемное управление, которое получило большее распространение в УУ ЭВМ, при этом все команды ЭВМ разбивают на группы по сложности (времени) их выполнения и таким образом реализуют от 3 до 5 (max) датчиков управляющих сигналов для каждой группы команд, что сохраняет высокую эффективность, т.к. могут быть потери не больше 1 такта. Такие УУ реализуют так называемую CISC-архитектуру процессора (Complecs Instraction Set Computing - сложные инструкции/команды, реализованные в составе ЭВМ). Т.е. в составе ЭВМ есть сложные команды (умножение, деление, сдвиг на большое число разрядов), которые требуют большое число тактов, и есть простейшие команды, ктороые могут выполняться практически за один такт.

Для повышения эффективности работы процессора более сложные команды из состава ЭВМ исключаются и оставляют только те команды, которые выполняются за 1 такт, т.е. простейшие. Т.о. реализуется так называемая RISC-архитектура (Reduce Instract Set Computing - ЭВМ с уменьшенным числом инструкций). Аппаратно ЭВМ работает быстрее, т.к. способен реализовать только простейшие алгоритмы, а более сложные операции в нем реализуются в виде подпрограмм (аналог функций в языке C). На этой архитектуре реализовано много AVR-процессоров, которые предназначены в основном для управляющих задач (а не вычислительных). На них реализуются простейшие контроллеры. Т.к. набор команд AVR очень простой, то программировать его на Assembler очень сложно, т.к. требует очень большого числа инструкций даже для простейших алгоритмов. Поэтому профессионалы для программирования AVR-процессоров применяют язык C, который для них является платным.

Микропрограммный принцип управления

МПУ реализуется на основе микрокоманд, которые выбираются из запоминающего устройства микропрограмм, а каждая микропрограмма реализует одну команду ЭВМ. Таким образом, микрокоманда - это обычное бинарное слово, длиной порядка 40-60 бит. Каждый бит в этой микрокоманде отвечает за формирование одного управляющего сигнала. Если бит = 0, управляющий импульс отсутствует, а если = 1, то на соответствующий блок формируется управляющий импульс.

Принцип работы микропрограммного УУ заключается в следующем: по содержимому счетчика команд из ЗУ команд считывается код команды и записывается в регистр команд. Преобразователь кода (блок микропрограммного управления) из кода команды формирует код начального адреса микропрограммы, который поступает в регистр адреса микрокоманды. По этому адресу из ЗУ микрокоманд/микропрограмм выбирается код микрокоманды и записывается в регистр микрокоманд. Вторая часть микрокоманды является адресной частью следующей микрокоманды и записывается в регистр адреса следующей микрокоманды. В конце выполнения микрокоманды содержимое регистра (следующей микрокоманды) переписывается в регистр адреса микрокоманды. И таким образом, пока не выполнится вся микропрограмма. В конце выполнения микропрограммы счетчик команд увеличивается на единицу, ЭВМ переходит к выполнению следующей команды.

Таким образом, основное достоинство МПУ - возможность реализовать собственную систему команд ЭВМ путем разработки записи микропрограмм в ЗУ микрокоманд/микропрограмм. Для изменения системы команд ЭВМ достаточно только заменить одну микросхему ППЗУ. По этому принципу реализована MISC-архитектуры (многоцелевые инструкции, включенные в состав ЭВМ) ,т.е. во время загрузки ОС в ЗУ микропрограмм загружается соответствующая система команд и ЭВМ таким образом ориентируется на определенный тип задач. Этот путь развития современных ЭВМ считается наиболее перспективным, но он имеет определенные недостатки: большие аппаратные затраты, пока еще низкое структурное быстродействие, т.к. имеются как бы две ЭВМ (внутренняя и внешняя).

В настоящее время наибольшее распространение имеет схемное управление, т.к. оно наиболее простое и быстродействующее. Для упрощения работы МПУ реализуется так называемое УУ с естественным порядком следования микрокоманд, т.е. когда следующая команда хранится по следующему (на 1 больше) адресу, поэтому вместо регистра адреса микрокоманд устанавливают счетчик микрокоманд. После выполнения каждой микрокоманды к счетчику микрокоманды добавляется единица, пока не будет выполнена вся микропрограмма.

Интерфейсы ЭВМ

Интерфейс - совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информации между ЭВМ и внешними устройствами. Интерфейс может быть реализован в ЭВМ 3 способами:

1. Программно-управляемая передача данных

2. Реализация прямого доступа в память

3. Передача данных в режиме прерывания