2.3 Словосостояние мп

Для нормального функционирования МПС сигналов, генерируемых от устройства управления не достаточно. МПС в каждом машинном цикле должна получать более плотную информацию о своем состоянии. В условиях узкого интерфейса МП, когда внешних выходов для индикации внутреннего состояния не достаточно, данная задача решается с использованием временного мультиплексирования шины данных И предоставление своего внутреннего состояния МП на внешнем по отношению к нему регистру словосостояний. Данное действие реализовано следующим образом: МП в первом такте каждого машинного цикла генерирует на шине данных свое словосостояние, которое содержит информацию об процессах, протекающих в МП на данный момент. Дальше сигнал синхронизации вырабатывается вначале каждого машинного цикла, то он дополнительно используется в качестве сигналов, индентифицирующих информацию, представленную на шине данных, как словосостояние процессора. Данная информация загружается во внешний регистр словосостояний, при этом сигналы, которые представлены на выходе этого регистра, используются в качестве сигналов управления периферийными процессами системы. Если при реализации любой команды первый машинный цикл – есть цикл выборки команды, то машинные циклы в самом цикле команд могут следовать в достаточно произвольном порядке, что определяется кодом команды. Всего в данном МП рассматривается 10 типов машинного цикла и соответствующие им 10 словосостояний, определяющих эти циклы:

1 – Выборка самой команды

2 – чтение из памяти

3 – запись в память

4 – чтение из стека

5 – запись в стек

6 –ввод из устройства ввода/вывода

7 – вывод на устройство ввода/вывода

8 – подтверждение прерывания

9 – подтверждение останова

10 – подтверждение прерывания при останове

Каждый разряд регистра словосостояния заводится на соответствующие управляющие входы от такторов или схем напряжения с устройства ввода/вывода, определяя тем самым режим их функционирования в соответствии с текущим результатом состояния МП. В следствии этого общее управление МПС осуществляется генерацией управляющих воздействий на 2-х уровнях:

1 – на уровне управляющих сигналов по шине управление МП в каждом такте работы ПУА.

2 – на уровне управляющих сигналов от словосостояния МП в каждом машинном цикле.

В МПС выводы регистра словосостояний и управляющие линии блока управления образуют общую шину управления МПС. 12 линий шины системы управления обеспечивают возможность работы МПС со сложным и многофункциональным периферийным оборудованием. Однако при использовании временного мультиплексирования шин снижается общая производительность системы.

Работы управляющего автомата (обязательный вопрос на экзамене)

Работа управляющего автомата рассматривается на основании диаграммы работы, формирующей информации на выходах МП. Рассматривают 4 основных типа команд:

1 – все выполняемые процедуры выполняются внутри МП ядра.

2 – команды, использующие дополнительные машинные циклы для обращения к внешним источникам

3 – команды прерывания

4 – работа устройства ПУА в режиме прямого доступа к памяти

Диаграмма работы имеет сигналы, необходимые для обмена информации между МП и внешними периферийными устройствами.

Для отображения работы ПУА используются следующие сигналы:

φ1 – тактируемая частота

А15-0 – шина адреса

D7-0 – внешняя шина данных

D’7-0 – внутренняя шина данных

Синхро, чтение, запись, готовность, ожидание - управляющие сигналы.

В первом такте машинного цикла на шине адреса выставляется адрес очередной команды (текущее содержимое счетчика команд). Начинается цикл выборки команды из памяти по соответствующему адресу. Одновременно на лини синхронизации появляется единичный сигнал. На внешней шине данных МП выдается информацию о своем внутреннем состоянии. Данная информация фиксируется в регистре словосостояния для неизменения в течении всего машинного цикла. Фиксация словосостояния осуществляется завершением сигнала синхронизации. Внутренняя шина данных в это время является отключенной. По завершения синхро буферная схема шины данных переводит шину в режим ввода. О чем свидетельствует наличие единичного сигнала на линии чтения.

В такте Т2 МП осуществляет проверку готовности внешнего устройства (в данном случае памяти) к обмену. В том случае, если внешнее устройство не готово, т.е. выбор команды из ячейки памяти не произведен, устройство сбрасывает в 0 сигнал готовности. В ответ на этот сигнал МП переходит в режим ожидания, переводя линию ожидания в единичное состояние. В таком состоянии МП находится до тех пор, пока внешнее периферийное устройство не сформирует данные на внешней шине данных и не установит в единичное состояние сигнал готовности, которое будет свидетельствовать, что память или периферийное устройство готово. До тех пор, пока МП находится в режиме ожидания, или ПУА формируется сигнал ожидания, МП простаивает. Для уменьшения временных интервалов простоя необходимо на этапе проектирования обеспечивать согласованность рабочей частоты МП и чипа используемой памяти.

Ответом на единичное состояние сигнала готовности является перевод ПУА в режим Т3 путем сброса сигнала ожидания. Данный такт предназначен для передачи информации с внешних шин данных на внутреннюю МП.

4-ый и 5-ый такт отводится для реализации операции, заданной кодом команды. При этом внешняя шина данных отключается (переводится в 3С), а внутренняя шина используется для передачи операндов, участвующих в операциях.

Время выполнения команды состоит из времени перехода между тактами Т1-Т5, nое количество тактов ожидания, которые могут быть от 0 до нескольких сотен.

Работа ПУА при выполнении сложных команд

Выполнение некоторых сложных команд может потребовать от ПУА неоднократного прохода от Т1 до Т5. К таким командам относятся команды, формирующие доступ к операндам из внешней памяти. Рассмотрим диаграмму работы ПУА МП во время выполнения команды вывода. В этом случае цикл команды выполняется за 3 машинных циклов М1, М2, М3.

При реализации диаграммы работы используются следующие допущения:

1)внешние устройства (память, устройство ввода/вывода) работают с одинаковой скоростью с МП, т.е. сигнал готовности не формирует сигнал ожидания.

2)рассмотрена работа только внешней шины данных, т.к. не производится внутреннее передача операндов.

В течение машинного цикла М1 (Т1-Т4) производится выборка команды из ячейки памяти, указанной в счетчике команд. ПУА по коду команды в 4-ом такте определяет, что данная команда является 2-х байтная. Включается механизм тандемных пересылок, которое влечет за собой перевод ПУА из машинного цикла М1 к М2. Т.е. из состояния Т4 в Т1. В машинном цикле, состоящем из 3-х тактов, считывается 2-ой байт команды по сигналу разрешению ввода (сигнал чтения). Этот второй байт команды определяет № внешнего устройства, которому следует передать байт данных. При этом на шине адреса присутствует увеличенное значение счетчика команд. Словосостояние формирует 2-ой тип (чтение из памяти).

Состояние Т1 3-го машинного цикла ПУА выставляет на адресной шине № устройства ввода/вывода, адрес которого был выставлен во 2-ом байте команды. Под воздействием сигнала записи с линии управления и сигнала вывода из регистра словосостояния, которое используется для подключения к устройству ввода/вывода, а также после селекции № выбранного устройства, МП выдает из аккумулятора на шину данных байт информации, которая загружается в устройство ввода/вывода. При этом словосостояние формирует 7-ой тип обмена.