Кэш команд
Кэш команд входит в состав центрального процессора (см. приложение 2). Кэш увеличивает быстродействие ЦП за счёт уменьшения количества обращений к ОП. При чтении команды из ОП одновременно производится поиск команды в кэш-памяти. В случае наличия в кэш-памяти нужных данных контроллер кэш-памяти выдает сигнал HIT, и чтение из ОП прекращается. Команда выбирается с выхода кэш-памяти. Если попадания нет, команда, считанная из ОП, записывается в кэш.
Вид кэша в разрабатываемой ЭВМ – множественно-ассоциативный. В таком кэше блоки объединяются в множества, и каждый из блоков основной памяти может располагаться в любом из блоков определенного множества. Вероятность конфликтов в таком кэше значительно ниже, чем в кэше прямого отображения и он дешевле полностью ассоциативного кэша. Используемый алгоритм замещения – удаление наиболее давно используемых элементов (LastRecentlyUsed-LRU).
Адресный сопроцессор
Адресный сопроцессор (АП) служит для вычисления адресов памяти.
При использовании адресного сопроцессора основной процессор освобождается от необходимости формирования адресов.
Центральный процессор и адресный сопроцессор выполняют одни и те же команды синхронно. ЦП занимается основными вычислениями, а АП вычисляет адреса памяти. Если выполняется команда условного перехода, сопроцессор ожидает результата выполнения операции в ЦП и появления признаков результата.
В микрокоманде ЦП выделены дополнительные разряды для управления АП.
В состав АП как и в состав ЦП входят кэш команд и арбитр шины.
Основная память
Основная память (ОП) служит для хранения информации (данных, программ, промежуточных и конечных результатов вычислений). В состав ОП входит оперативная (ОЗУ) и постоянная (ПЗУ) память.
ОП и программно-управляемые периферийные устройства занимают параллельные адресные пространства, т. к. для обращения к ОП используется сигнал шины управления MEMR#, а для обращения к программно-управляемым ПУ используется сигнал системной шиныPIO#.
В качестве ПЗУ используется Flash-память ёмкостью 4 МБ с блоком начальной загрузки как наиболее подходящая для хранения программ начальной инициализации системы.
В качестве ОЗУ используется асинхронная динамическая память DRAMёмкостью 32 МБ.
Адресация в ОП побайтовая. Ведущее устройство выставляет признак BYTE/WORD# для записи байта или 32-разрядного слова. Чтение всегда производится 32-разрядными словами.
Распределение адресного пространства представлено на рис. 3.4.1.
Рис. 3.4.1. Распределение адресного пространства
Контроллер ОП управляет доступом к ОП и осуществляет регенерацию данных в DRAM.
Система прерывания программ
Структурная схема системы прерывания программ представлена на рис. 3.5.1.
Рис. 3.5.2. Структурная схема системы прерывания программ
В разрабатываемой ЭВМ используется радиальная структура системы прерываний. Запросы прерываний обрабатываются на уровне команд.
Для обработки запросов служит программируемый контроллер прерываний. Вектор прерывания получается путём приоритетной шифрации запросов прерываний от устройств. Имеется возможность задать маску прерываний.
При поступлении одного или нескольких прерываний от устройств контроллер прерываний вырабатывает сигнал запроса прерывания INT#, который поступает в ЦП. Внутри ЦП запросINT# поступает на вход тестирования внешних условий секвенсера микрокоманд. После завершения обработки очередной команды проверяется вход внешнего условия на наличие запроса прерывания. При отсутствии запроса происходит чтение новой команды из ОП. При наличии запроса вызывается микроподпрограмма обработки прерываний. Эта микроподпрограмма обеспечивает сохранение в стеке (находящемся в ОЗУ) адреса возврата из прерывания, сохранение в стеке регистра состояния, выдачу сигнала подтверждения прерыванияINTA# и чтение вектора прерывания. В ОП располагается таблица адресов обработчиков прерываний. Вектор прерывания является адресом в этой таблице. Из таблицы адресов обработчиков прерываний по вектору прерывания извлекается адрес обработчика прерывания, начинается выполнение команд обработчика прерываний. Обработчик прерывания должен сохранить в стеке значения регистров, которые будут использоваться в этом обработчике.
ЦП может маскировать прерывания, то есть записать слово в регистр маски контроллера прерываний. Биты этого регистра определяют, какие прерывания разрешены, какие запрещены. Некоторые прерывания могут быть немаскируемыми. Существуют специальные машинные команды маскирования прерываний. Содержимое регистра маски можно считать из контроллера прерываний в ЦП.