Глава шестая синтез микропроцессора

Микропроцессор  программно-управляемое одно- или многокристальное микроэлектронное устройство, предназначенное как для обработки двоичной информации, так и для управления процессом этой обработки и реализованное в одном корпусе интегральной схемы.

Синтез  процесс создания исходного варианта работоспособного устройства. Параметрами синтеза являются:

• технологические характеристики схемотехнических элементов  для параметрического синтеза;

• принципиальная схема устройства  для структурного синтеза.

Структурный синтез микропроцессора разделяется на две стадии:

• создание функциональной схемы;

• синтез работоспособной принципиальной схемы, отвечающей заданным требованиям к организации вычислений, адресации и формату как команд, так и данных, реализованных в функциональных узлах, использующихся при исполнении машинных микрокоманд.

Выполняя структурный синтез микропроцессора, решается задача определения состава команд, представленных последовательностью микрокоманд, которые исполняются при помощи синтезируемых узлов и блоков. Теоретически доказано, что алгоритмически полная система команд микропроцессора может состоять всего из одной универсальной команды, но в этом случае значительно возрастают затраты времени на исполнение каждой команды, следовательно, для увеличения скорости вычислений система команд микропроцессора должна содержать десятки и сотни специализированных команд. Значительное количество команд, входящих в состав полной системы команд микропроцессора, накладывает дополнительные требования как на распределение функций и согласование работы внутренних узлов микропроцессора, так и на распределение последовательности исполнения микроопераций в самой команде.

Использование языка микроопераций для формирования микрокомандного управления при исполнении машинных команд, как показано в гл. 5, однозначно определяет микропроцессор как устройство обработки цифровой информации, следовательно, как показал академик В. М. Глушков, произвольное устройство обработки цифровой информации представляется двумя блоками: управляющим и операционным (рис. 6.1). Наличие двух блоков позволяет упорядочить математическое описание работы синтезируемого узла и упростить его схемотехническую реализацию.

Ключевое назначение блоков в микропроцессоре:

• управляющего  формировать распределённые сигналы синхронизации, координирующие во времени начало исполнения каждой микрооперации в операционном блоке; реализуется на базе управляющего автомата (конечного автомата);

• операционного  производить обмен информацией с внешними по отношению к микропроцессору устройствами, выполнять преобразования информации в соответствии с последовательностью микроопераций, при этом все действия операционного блока синхронизируются управляющим блоком; реализуется на базе комбинационных и последовательностных узлов.