8. Косвенно-регистровая адресация.

Ai

_{коп Ri}

В адресном поле команды задаётся номер РОНа, в котором хранится адрес ячейки ОП,

где находится операнд.

_{Структурная схема.}

_{коп Xi}

РОНы

_адрес

_{Адрес операнда ф ОП}

_{операнд}

_Xi операнда

_{операнд} ^АЛ

У

_Л10

ОРГАНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ.

Центральный процессор, как и любое другое устройство обработки цифровой

информации, включает в себя две основные части: Операционную часть(операционное устройство) Управляющую часть(устройство управления).

Операционная часть состоит из регистров, счетчиков, сумматоров, дешифраторов и

связей между ними.

Операционная часть функционирует под воздействием управляющих сигналов,

которые вырабатывает управляющее устройство.

Операционная часть выполняет заданную микропрограмму, состоящую из микрокоманд.

Микрокоманда включает в себя одну или несколько микроопераций.

Микрооперация – это элементарная функциональная операция, выполняемая под воздействием одного управляющего сигнала в течение одного такта.

Если в течение одного такта выполняется несколько микроопераций под воздействием различных управляющих сигналов, то они объединяются в одну микрокоманду.

Устройство управления(УУ) служит для выработки последовательности управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются микрооперации.

В зависимости от способа выработки управляющего сигнала различают 2 основных подхода к построению УУ:

Микропрограммная реализация УУ

Аппаратная реализация УУ(схемная реализация или УУ с жёсткой логикой)

Микропрограммная реализация устройства управления.Схема Уилкса.

Введем обозначения:

РАМК - регистр адреса микрокоманд.

РМК – регистр микрокоманд

_{Основой микропрограммного УУ является память микрокоманд. Наиболее частый}

у п р а в л . ч а с т ь а д р е с н . ч а с т ь

Р М К

Р

^А _{Д ш}

^М

К

^{V 4 V 3} V 2 V 1

_{0 0 0}

0 0 1

0 1 0

0 1 1

_{У п р а в л я ю щ а я ч}

_{а с т ь} ^{А д р е с н а я ч а с т ь}

случай- память микрокоманд реализуется в виде запоминающего устройства.

Условно на рисунке горизонтальными линиями показаны ячейки памяти, в каждой из которых закодирована одна микрокоманда, выполняемая за один такт.

Каждая микрокоманда включает в себя 2 части:

Управляющая часть

Адресная часть

В управляющей части будут кодироваться управляющие сигналы, которые затем подаются на вентили в Оперативную Часть Центрального Процессора.

В адресной части кодируется адрес ячейки памяти, где хранится следующая выполняемая микрокоманда.

Этот адрес из регистра микрокоманд(РМК) через линию задержки в следующем такте поступает на РАМК. И после его дешифрации из памяти микрокоманды, в соответствии с этим адресом на РМК считывается очередная микрокоманда.

Из управляющей части микрокоманды управляющие сигналы подаются на вентили в операционную часть ЦП, а из адресной части на регистр адреса микрокоманд в следующем такте заводится адрес следующей выполняемой микрокоманды.

Классификация микропрограммных устройств управления

1) по способу организации управляющей части

1.Горизонтальное УУ

Для каждого управляющего сигнала в управляющей части отводится отдельный разряд . Если в некотором такте управляющий сигнал должен быть =1, то в соответствующем разряде записывается 1. Таким образом, количество разрядов в управляющей части соответствует числу управляющих сигналов.

При такой организации можно совмещать микрооперации во времени.

Достоинства: Быстродействие за счёт возможности сокращения микропрограммы во времени и уменьшения длины микропрограммы.

Недостатки: Требуется большая ёмкость памяти микрокоманды, так как реально совместить большое количество микроопераций в одной микрокоманде не удаётся. Поэтому в основном память заполнена 0, т.е. не рациональное использование памяти.

2.Вертикальное УУ

В управляющей части кодируется номер управляющего сигнала. В одном такте совмещение микроопераций невозможно.

Достоинства: Сократился объём памяти микрокоманд.

Недостатки: За счёт увеличения длины микрокоманды быстродействие данного подхода хуже. На выходе управляющей части необходимо поставить дешифратор.

3.Горизонтально-вертикальное УУ

Все микрооперации разбиваются на группы, и внутри одной группы используется вертикальный подход, а в 1 микрокоманде для разных групп используется горизонтальный подход. Т.е. в одной микрокоманде можно выполнять различные микрооперации, относящиеся к различным группам.

2) Однофазные и многофазные УУ

В многофазных УУ такт разбивается на подтакты или фазы. На 1-ой фазе выполняются независимые микрооперации, а на различных фазах выполняются зависимые микрооперации.

В однофазных УУ на одном такте могут выполняться только независимые микрооперации.

3) Статические и динамические УУ

В статических используется постоянная память, т.е нельзя менять микропрограмму.

В динамических используется оперативная память и возможна перезапись.

_Л11

Пример реализации УУ оперативной части центрального процессора при выполнении двухадресной команды формата регистр-регистр.Результат записывается на место второго операнда.

_{1.Горизонтальное микропрограммное УУ}

ОП

Р

А ЗМ П

Чт

^Р _Зп

Ч

_П

V2

V13

V7

V1 V3

_{V8 V10}

V12

СчК _КОП

_+n

R1 R2 РК

P1 P2

^V4 V5 V9

_V11

Чт

РОНы

_V6

РАРП

_РЧРП

PC

1 этап. Выбор команды из памяти. V1 РАП:=СчК

V2 РЧП:=Чт(РАП)

V3 РК:=РЧП

V4 СчК:=СчК+n

_{2 этап. Дешифрация кода операции.}

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов. V5 РАРП:=РК (R1)

V6 РЧРП:=Чт (РАРП) (выбор адреса первого операнда из РОНов)

V7 РАП:=РЧРП

V2 РЧП:=Чт (РАП) (выбор первого операнда из ОП)

V8 Р1:=РЧП

V9 РАРП:=РК (R2)

V6 РЧРП:=Чт (РАРП) (выбор адреса второго операнда из РОНов)

V7 РАП:=РЧРП

V2 РЧП:=Чт (РАП) (выбор второго операнда из ОП)

V10 Р2:=РЧП

4 этап. Выполнение операции в АЛУ.

V11 РС=Р1 операция Р2

5 этап. Запись результата.

V12 РЧП:=РС

V13 Зп (РАП)=РЧП

_{Совместим микрооперацию во времени.}

1 этап. Выбор команды из памяти

V1 РАП:=СчК

V2 РЧП:=Чт(РАП)

V3, V4 РК:=РЧП, СчК:=СчК+n

_{2 этап. Дешифрация кода операции}

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов

V5 РАРП:=РК(R1)

V6 РЧРП:=Чт(РАРП)

V7,V9 РАП:=РЧРП,РАРП:=РК(R2)

V2,V6 РЧП:=Чт(РАП), РЧРП:=Чт(РАРП)

V7 ,V8 РАП:=РЧРП,Р1:=РЧП

V2 РЧП:=Чт(РАП)

V10 Р2:=РЧП

4 этап. Выполнение операции в АЛУ

V11 РС:=Р1 операция Р2

5 этап. Запись результатов

V12 РЧП:=РС

№ Т	Vi
T1	V1
T2	V2
T3	V3,V4
T4	V5
T5	V6
T6	V7,V8
T7	V2,V6
T8	V7,V8
T9	V2
T10	V10
T11	V11
T12	V12
T13	V13

V13 Зп(РАП):=РЧП Получилось всего 13 тактов.

_{Схема Уилкса}

Вначале на РАМК подаётся адрес первой выполняемой микрокоманды(0000). После дешифрации эта микрокоманда считывается из памяти микрокоманды на РМК . При этом управляющий сигнал V1=1, а все остальные =0. Управляющий сигнал V1 поступает на соответствующий вентиль в операционную часть ЦП. И в этом такте срабатывает только одна пересылка, сработает только одна микрооперация- информация с Счётчика Команд(СчК) будет передана на РАП. Т.к. все остальные управляющие сигналы равны 0, то другие микрокоманды выполняться не будут. В адресной части для данной микрокоманды закодирован код 0001,что соответствует адресу ячейки, где хранится следующая, т.е. вторая выполняемая микрокоманда.И далее проделываем аналогичные действия.

2.Вертикальное микропрограммное УУ

Здесь совмещение микроопераций невозможно.

№ Т	Vi
Т1	V1
Т2	V2
Т3	V3
Т4	V4
Т5	V5
Т6	V6
Т7	V7
Т8	V2
Т9	V8
Т10	V9
Т11	V6
Т12	V7
Т13	V2
Т14	V10
Т15	V11
Т16	V12
Т17	V13

_Л12

Выполнение перехода на микропрограммном уровне.

В том случае, если необходимо на микропрограммном уровне выполнить команду

перехода, то адрес следующей выполняемой микрокоманды будет соответствовать 2

частям:

1. основной(базовой) части(адрес микрокоманды), который выбирается(хранится) в адресном поле предыдущей микрокоманды

2.значение признаковых триггеров, которые определяют младшую часть адреса микропрограммы. Значение признаковых триггеров формируется в оперативной части центрального процессора. Таким образом при выполнении операции перехода на микропрограммном уровне в зависимости от условия , которое содержится на признаковом триггере, будет сформировано 2 адрес, отличающихся младшими разрядами(см. выполнение операции умножения в АЛУ)

Адрес микрокоманды:

Основная часть признаковый триггер

Базовая часть младшая часть адреса

Если признаковый триггер триггер=0, то микрокоманда кодируется 100…100,а если 1 то

100…101.

Микрокоманда,до выполнения операции она содержит в адресном поле вот такой адрес условного перехода на микропрогр.уровне 100…100-базовая часть

0 нет да 1

₁

_Vj РА=0 PA=Pi _Vi

_{100…100 100…101}

Имеется фрагмент микропрограммы выполнения операции умножения.

В микрокоманде содержится до операции перехода на микропрограммном уровне,в ней содержится база.

В качестве признакового триггера при выполнении операции умножения выступает младший разряд множителя.

Если младший разряд(признаковый триггер)=1 по алгоритму вырабатываем управляющий сигнал Vi, пересылаем информацию с одного регистра га другой. Тогда микрокоманда, которая предназначена для выработки сигнала Vi должна быть переписана по адресу базы, а в младший разряд подставим значение признакового триггера, т.е. 1.

В том случае если признаковый триггер=0, необходимо обнулить регистр. Это обнуление осуществляется под управлением сигнала Vj. Поэтому эту микропрограмму пишем по адресу базы 100…100 и в младший разряд 0.

Обобщённая структурная схема микропрограммного устройства управления.

БФА- блок формирования адреса

РАМК- регистр адреса микрокоманд

Дш- дешифратор

РМК- регистр микрокоманд

Операционная часть

_Дш

_{Управл. часть Адрес.часть}

Память микрокоманды

_Дш

_РАМК

_БФА

БФА предназначен для формирования адреса с учётом команд перехода на микропрограммном уровне. При появлении команд перехода в микропрограмме старшая часть адреса выбирается из адресной части микрокоманды, а младшая часть соответствует признаковым триггерам в опер. части. Из адресной части поступает сам адрес, в случае команды перехода на микропрограммном уровне, то адресная часть выбирает базовую часть адреса.

Аппаратная реализация УУ(схемная реализация или УУ с жёсткой логикой)

Vi

_&

_{k j}

_{Дш Дш}

ГТИ СчТИ

РК

коп

ГТИ – генератор тактовых импульсов.

СчТИ – счётчик тактовых импульсов.

В каждый такт ГТИ формирует тактовый импульс. СчТИ это всё подсчитывает (содержит номера тактов). Номер текущего такта подаётся на Дш, и дешифратор преобразует его в соответствующий сигнал: к в к, 1 в 1, 3 в 3 и т.д.

Если для j-той команды в к-том такте необходимо выработать управляющий сигнал

_{Vi, то для этого необходимо воспользоваться схемой (*):}

(*)

_Vi

_&

_{k j}

_{Дш Дш}

ГТИ СчТИ

коп

Если для j-той команды необходимо выработать сигнал Vi в двух тактах, то пользуемся для этого схемой (**):

(**)

_Vi

_&

^Дш _Дш

_{l k j}

_{Дш Дш}

ГТИ СчТИ

РК

коп

_{Пример горизонтального аппаратного УУ, схема Уилкса.}

№ Т	Vi
T1	V1
T2	V2
T3	V3,V4
T4	V5
T5	V6
T6	V7,V9
T7	V2,V6
T8	V7,V8
T9	V2
T10	V10
T11	V11
T12	V12
T13	V13

_V1

^&

_V2

^&

V3

^& V4

_& ^V5

Г С

Т ч Д

V6

&

_{V7 V6 V2}

^{И Т ш} _&

И

&

&

&

&

&

&

&

j

V9 _{1 1}

V2

V6

_V7

V7 ¹

V8

V2

V10

V11

V12

V13

_Дш

^РК коп

Сравнение микропрограммной и аппаратной реализации УУ

1.Стоимость.

Чем больше микрокоманда, тем дороже обойдётся(микропрограммное лучше)

2. Быстродействие.

Аппаратная реализация более быстрая

3.Надёжность

У микропрограммной надёжность выше.

4.Сроки проектирования

У микропрограммной сроки проектирования сокращаются, т.к. надо только написать, а дальше всё автоматизируется.

_Л13