Архитектура процессоров Микропрограммный способ выполнения команд
В современных ЭВМ непосредственная связь между аппаратурой и программными средствами представляется через микропрограммный уровень. Таким образом, микропрограммирование – программирование машинных команд из более простых действий. Введен этот термин был Уилксом в 1953г. и применялся только к аппаратным средствам.
В середине 60-х усилиями фирмы IBM идеи Уилкса превратились в принцип организации вычислительных машин. Микропрограммирование обеспечило переход к модульному построению ЭВМ.
Глушков развил эти идеи, и показал, что:
В любом устройстве обработки информации можно выделить операционный и управляющий автоматы
Структурно их взаимодействие можно связать обратной связью
Управляющий блок выдает последовательность управляющих сигналов, которые обеспечивают выполнение данной ему команды. Информационные сигналы зависят не только от исходных значений операндов, но и от результатов, получаемых в процессе обработки.
Порядок функционирования устройства
Использует четыре базовых положения.
Любая машинная команда рассматривается как некоторое сложное действие, состоящее из последовательности элементарных действий над словами (микроопераций)
Порядок следования микроопераций зависит не только от значений преобразуемых слов, но также от информационных сигналов, вырабатываемых информационных блоков (признаки результата, значения отдельных бит и так далее)
Процесс выполнения машинной команды описывается в виде некоторого алгоритма в терминах микроопераций и логических условий. Описание информационных сигналов и есть микропрограмма.
Микропрограмма служит не только для обработки данных, но и обеспечивает управление работой всего устройства в целом – принцип микропрограммного управления.
Таким образом, понятие микропрограммы имеет дуальность:
Закон, по которому выполняется обработка данных
Закон, по которому работает управляющий блок
Операционный блок процессора – некоторая композиция операционных элементов.
Операционный элемент имеет аппаратную реализацию в виде отдельной части. Она обеспечивает
Хранение слов и выполнение микроопераций над словами и их полями (частями слова)
Вычисление логических условий
Все элементы в операционном автомате соединены между собой с помощью шин, которые обеспечивают передачу слов с выхода одного операционного элемента на вход другого. Операционные элементы процессора разделяются на:
Шины
Регистры
Счетчики
Сумматоры
Логические устройства
Устройства сдвига
Преобразователи и формирователи кодов
Комбинированные операционные элементы
Cisc и risc архитектуры
Важным понятием архитектуры процессора является понятие архитектуры набора команд. Набор команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением. Набор команд представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компилятора. Двумя основными классами, различающимися наборами команд являются CISC и RISC архитектуры.
CISC – Complete Instruction Set Computers (Архитектуры вычислений с полным набором команд)
RISC – Reduced ISC (Архитектуры вычислений с урезанным набором команд)