Функционирование процессора (микропроцессора) (Калабеков, с.200-202)
Процессор – это программно-управляемое устройство для обработки цифровой ин-
формации. Процессор состоит из операционного ОУ (АЛУ) и управляющего УУ устройств (рисунок 4.2). В ОУ осуществляются непосредственная обработка данных, в УУ - управление этим процессом.
Микропроцессор МП – процессор, построенный на одной или нескольких больших интегральных схемах БИС. (Первый МП разработан в США в 1971 году).
Рисунок 1.2 – Структурная схема процессора
В состав ОУ входят регистры данных, сумматоры, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы и дешифраторы (кодеры и декодеры) и т. д. Процесс работы ОУ распадается на ряд элементарных действий:
1)
регистры данных устанавливаются в
некоторые начальные состояния (например
запись в регистр R1
числа 0, обозначаемая R1
0), в них могут помещаться подлежа-щие
обработке данные;
2) инвертирование содержимого разрядов регистра (например при формировании дополнительного кода отрицательного числа, обозначаемое R2 (R¯2));
3) пересылка содержимого одного узла в другой (например, пересылка содержимого регистра R2 в регистр R1, обозначаемая R1 (R2));
4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра R1, обозначаемый R1 СдвЛ(R1));
5) счёт, при котором число в счётчике (регистре) возрастает или убывает на единицу (Сч (Сч ±1));
6) сложение (например, R2 (R2)+(R1));
7) сравнение содержимого регистра с некоторым числом: лог 1 (при выполнении равенства) либо лог. 0 (при невыполнении равенства);
8) логические действия (конъюнкция, дизъюнкция и др.).
Каждое такое элементарное действие , выполняемое в одном из ОУ в течение одного тактового периода (такта) называется микрооперацией МО. В некоторых тактах могут выполняться несколько микроопераций, совокупность которых называется микрокомандой МК, а весь набор микрокоманд, предназначенный для
решения
определённой задачи называется
микропрограммой
МПр.
Очевидно, что если в ОУ исполняются n различных операций, то из УУ выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определённой микрооперации.
И если в ОУ необходимо выполнить некоторую микрооперацию МО, достаточно из УУ по соответствующей цепи подать сигнал (например лог. 1). Устройство, опреде-ляющее последовательность выполнения микроопераций, называется микропрограмммным автоматом МПА.
6
Формирование управляющих сигналов y1…yn (рисунок 4.2) для выполнения микро-команд происходит в зависимости от состояния узлов ОУ, определяемое по сигналам x1…xs, подаваемых с соответствующих выходов ОУ на входы УУ. Управляющие сиг-налы y1…yn могут также зависеть от внешних сигналов x s+1…xL.
Для сокращения числа управляющих цепей, микрокоманды кодируются. Например, в ОУ предусмотрены 20 микроопераций, для каждой из которых предусмотрена своя управляющая цепь и из которых формируется 470 микрокоманд.
Каждая микрокоманда может быть представлена 9-ти разрядным кодом, который необходимо преобразовать в 20-ти разрядную комбинацию для передачи по управ-ляющим цепям. Такое преобразование может осуществляться с помощью программи-руемой логической матрицы ПЛМ, либо с помощью дешифратора и элементов ИЛИ, объединяяющих выходы дешифратора, соответствующие одной микрооперации.
Результаты обработки, выполненной в ОУ, снимаются с выходов z1…zm.