1. Микропроцессоры. Определение, классификация, закономерности развития, области применения. Обобщенная структура микропроцессора

Микропроцессор (МП) — программно-управляемое устройство, как правило, выполненное на одной большой интегральной схеме (БИС), осуществляющее цифровую обработку информации и управление этим процессом.

Классификация микропроцессоров по функциональному признаку

и по областям применения

Развитие: уменьшение полупроводниковых компонентов + параллельные вычисления.

2. Арифметико–логические устройства. Структура, подход к проектированию, основные уравнения работы алу.

АЛУ - это комбинационная схема, предназначенная для выполнения арифметических и поразрядно логических операций над многоразрядными словами. Основные требования к АЛУ:

выполнение различных арифметико-логических операций, обеспечение межразрядного переноса

при выполнении арифметических операций, обеспечение наращивания разрядности обрабатываемых слов однотипными секциями АЛУ.

Основой АЛУ является одноразрядный комбинационный сумматор SM*, который изменяет свою конфигурацию в зависимости от управляющего слова S(определяет тип операции над

операндами). Сигнал М обеспечивает выполнение арифметических операций при M = 1 и логических при M = 0.

3. Организация цепей переноса в пределах секции алу. Наращивание разрядности, схема ускоренного переноса.

Последовательный (сквозной) перенос

Параллельный перенос

4. Структуры операционных устройств. Регистровое алу – базовая структура микропроцессора. Варианты построения регистровых структур.

Регистровое арифметико-логическое устройство (РАЛУ) – предназначено для выполнения

арифметических и логических операций и хранения промежуточных результатов операций.

Выполняемые в РАЛУ операции можно разделить на четыре группы: арифметические, сдвига, логические и пересылок.

Блок РОН обеспечивает хранение операндов и промежуточных результатов вычислений. Характеризуется малым временем обращения и ограниченным количеством регистров.

Блок формирования содержимого регистра состояния записывает в регистр состояния двоичный код, характеризующий арифметические и логические признаки результата операции. Содержимое регистра состояния может быть использовано устройством управления для формирования условных переходов по результатам операций, выполняемых АЛУ.

Блок местного управления обеспечивает выполнение текущей микрокоманды и управляет в соответствии с кодом микрокоманды всеми блоками операционного устройства.

5. Регистровое АЛУ с разрядно – модульной организацией. Состав и назначение сигналов управления. Организация цепей по сдвигу и переносу при построении вычислительных систем на основе АЛУ с разрядно – модульной организацией. Формирование набора операций, выполняемых АЛУ с разрядно – модульной организацией.

По способу наращивания разрядности различают разрядно-модульные и однокристальные РАЛУ. В разрядно-модульных РАЛУ разрядность наращивают аппаратно посредством добавления в структуру однотипных секций.

Сигналы w/r, v₀, v₃ предназначены для управления режимами чтения/записи.

Мультиплексор управляется сигналом A.

Рг. 2:

6. Регистровое АЛУ однокристального типа. Состав и назначение сигналов управления элементами АЛУ однокристального типа. Организация аппаратной поддержки по формированию цепей по сдвигу и переносу для обеспечения наращивания разрядности обрабатываемых слов. Формирование набора операций, выполняемых АЛУ однокристального типа.

В однокристальных РАЛУ наращивание разрядности производят программным путем.

Цепи переноса включают триггер T1 и логические элементы 1, 2. Сигнал P обеспечивает фиксацию значения разряда переноса в триггере T1.

Цепи сдвига включают триггер T2 и логические элементы 3, 4, 5. Сигнал L2 реализует выбор сдвигаемого разряда (сдвиг влево, или сдвиг вправо). Сигнал L3 фиксирует сдвигаемый разряд в триггере T2. Сигнал L4 выбирает источник сдвига (внутренний или поданный извне).

Наращивание разрядности однокристального РАЛУ производится только программным способом, для чего необходима определенная аппаратная поддержка. Для поддержки арифметических операций над числами с расширенной разрядностью в структуру РАЛУ вводится элемент памяти для сохранения значения бита переноса. Также необходим элемент памяти и для сохранения битов сдвига. Помимо ввода элементов памяти нужна организация мультиплексирования сигналов ранее сохраненного арифметического переноса и значения P₀, подаваемого извне.