8.Микропрограммная реализация формирователя управляющих сигналов.

Для формирования сигналов, управляющих выполнением элементарных операций в процессорах, используются два основных способа:

1.Аппаратный, реализуемый на основе жесткой логики (Wired Logic).

2.Микропрограммный, реализуемыйна основе программируемойлогики (Stored/Programmed

Logic).

Микропрограммный способ формирования управляющих сигналов Микропрограммный способ формирования УС основан на том, что входные сигналы автомата

управления можно представлять как адреса некоторой памяти, ячейки которой содержат требуемые комбинации выходных сигналов. Поэтому формирование сигналов управления в текущий момент времени можно представить как выборку по n-битному адресу, каждый бит которого соответствует

текущему значению одного из n входных сигналов Xi, одного из 2n слов памяти, содержащего

требуемую m-битную комбинацию, соответствующую текущим значениям каждого из m выходных сигналов Yj. Тогда проблема формирования сигналов управления выполнением команд процессора

сводится к организации последовательности выборок слов из памяти по адресам, соответствующим последовательности комбинаций входных сигналов, которая обеспечит требуемую последовательность комбинаций значений управляющих сигналов.

Поскольку набор микроопераций, выполняемых в текущем такте с помощью сформированных в этом такте управляющих сигналов, называется микрокомандой, а последовательность микрокоманд образует микропрограмму выполнения машинной команды, то память, хранящая набор микропрограмм для выполнения каждой команды процессора, называется микропрограммной памятью, а данный способ управления выполнением команд – микропрограммным управлением (МПУ).

Структурная схема устройства микропрограммного управления:

18

На рисунке приняты следующие обозначения:

МПЗУ– микропрограммное запоминающее устройство (память микропрограмм)

РгКом и КОП– соответственно регистр команд (машинных) и его поле кода операции,

РгАМК– регистр адреса текущей микрокоманды длиной nбит

РгМК– регистр текущей микрокоманды длиной m бит

ОпЧМКи АЧМК– соответственно операционная (длинойm’) и адресная (длинойm”) части микрокоманды.

ФАСлМК– формирователь адреса следующей микрокоманды

ФормУС– формирователь управляющих сигналов Уi

ГТ – генератор тактов

РгСостВУ– регистр состояния внешнего устройства.

1.Код операции выполняемой машинной команды подается в РгАМК иопределяет адрес начала микропрограммы, реализующей эту машинную команду в МПЗУ.

2.На РгМК выбирается первая микрокоманда, операционная часть которой поступает на формирователь сигналов, управляющих выполнением микроопераций, входящих в состав этой МК, а адресная часть поступает на формирователь адреса следующей МК.

3.Адрес следующей МК либо принудительно задается в коде текущей МК, либо формируется в зависимости отусловий {Qi} завершения текущей МК.

4.Сформированный адрес следующей МК поступает на РгАМК и из МПЗУ выбирается следующая МК.

Этот процесс повторяется до завершения микропрограммы выполняемой машинной команды, после чего на РкКом выбирается следующаямашинная команда, инициирующая выполнение микропрограммы этойкоманды. Основными достоинствами микропрограммного управления являются:

1.Регулярная структура устройства управления позволяет реализовать его на основе серийных БИС.

2.Большая гибкость в плане изменения или специализации набора команд ЭВМ путем замены (в случае ПЗУ) или перезаписи (в случае ППЗУ) микропрограммной памяти.

3.Возможность рационального распределения аппаратного и микропрограммного управления порождает семейство машин с одним набором команд, но разной производительностью.

4.Микропрограммное управление предоставляет возможность эмуляции на микропрограммном уровне новых архитектур машин на имеющейся инструментальной машине.

5.Микропрограммная реализация системных программ (компиляторы, файловые системы)

значительно повышает производительность ЭВМ и широко используется в суперкомпьютерах.

19

Основные недостатки микропрограммного управления:

1.Снижение производительности процессора из-за замедления выполнения каждой микрокоманды, связанного с обращением к МПЗУ.

2.Увеличение площади кристалла, необходимой для размещения устройства МПУ.

20