2.7.2. Цикл команды в мпс
Цикл команды состоит из двух фаз: выборки команды и ее исполнения. Фаза выборки команды одинакова для всех команд микропроцессора. Последняя операция фазы исполнения команды, а именно размещение результата в аккумуляторе или в одном из регистров, также одинакова для целого ряда команд. Классификация команд по типам отражается в самом коде команды, таким образом существенно упрощается схема декодирования команды.
Существенная особенность работы первичного автомата состоит в том, что его алгоритм содержит условный оператор ожидания готовности операнда. Появление такого оператора в алгоритме объясняется тем, что МП приспособлены для работы с различными типами внешней системной памяти (с непосредственным, прямым или последовательным доступом), имеющими разные времена обращения. Кроме того, МП может обращаться за операндом не только к памяти, но и медленно действующим внешним устройствам ввода/вывода. Наличие в схеме алгоритма первичного автомата оператора ожидания готовности операнда является одной из причин того, что последовательность микрокоманд, реализующая некоторую команду, генерируется первичным автоматом не только на основе кода команды, но и под воздействием внешних управляющих сигналов.
Рис. 2.7. Примерная схема алгоритма функционирования управляющего автомата в течение цикла
Схема управления системой в зависимости от кода текущей команды, состояния ПУА, а также от значения осведомительных сигналов в шине управления вырабатывает управляющие воздействия, которые реализуют процедуры системного обмена информацией.
2.7.3. Тактирование мп и синхронизация мпс
В МП управляющий автомат в зависимости от сложности команды реализует цикл команды за несколько внутренних машинных циклов. В простейшем случае цикл команды реализуется за 1-5 машинных циклов. Один машинный цикл требуется МП для одного обращения к памяти или устройству ввода/вывода (УВВ). Выборка байта команды или каждого байта адреса или данных (а также их условного представления) требует одного машинного цикла. Аналогичность операций, выполняемых в этих циклах, несмотря на то, что они расположены в различных фрагментах блок-схемы алгоритма работы устройства управления, позволяет реализовывать их в течение цикла команды на одном и том же оборудовании первичного автомата. Эффективность работы управляющего автомата достигается за счет того, что машинные циклы могут быть переменной длины. Так, в МП I8080 каждый цикл может состоять из 3-5 тактов. Тактирование МП от внешнего генератора показано на рис. 2.8.
Каждый такт машинного цикла образует пара сигналов тактирования F1 и F2, поступающих от внешнего генератора. В начале каждого машинного цикла первичный автомат генерирует сигнал синхронизации МП системы SYNC. Каждому такту Т соответствует отдельное состояние первичного автомата управляющего устройства МП. На рис. 2.9 представлена блок-схема алгоритма работы первичного управляющего автомата.
Все такты Т1-Т5 имеют одинаковую длительность. Существуют три исключения из этого положения:
1.Состояние WAIT (Tw), в котором МП находится в ожидании операнда.
2.Состояние HOLD (Twh), в которое МП переходит под воздействием внешних сигналов управления МП системой.
3.Состояние HALT, в которое МП может быть введен командой останова.
Названные состояния МП не связаны с тактовой частотой сигналов F1 и F2, и их продолжительность не определена, так как зависит от внешних по отношению к МП событий. Эти состояния длятся целое число тактов, и выход из них МП тактируется. Таким образом, каждый период тактирования МП соответствует особому состоянию первичного автомата. В стандартном машинном цикле может быть от трех до пяти состояний автомата (Т1-3, Т1-4, Т1-5). Цикл команды содержит от одного до пяти машинных циклов. В зависимости от сложности операций, определяемых командой, цикл команды может быть реализован первичным автоматом с числом переходов по внутренним состояниям от четырех до восемнадцати.
Рис. 2.8. Тактирование МП
Рис. 2.9. Алгоритм работы первичного управляющего автомата
На предложенной выше блок-схеме первичного автомата (рис. 2.9) можно отметить следующее:
Микропроцессор позволяет приступить к анализу запросов на прерывание только после окончания выполнения текущей команды.
Из состояния останова HALT МП может быть выведен двумя способами: поступившим внешним сигналом прерывания и соответствующим разрешением на него или сигналом системной установки в исходное состояние RESET, который переводит первичный автомат в состояние Т1.