4. Центральный процессор

Центральный процессор отвечает за выполнения команд и обработку данных. ЦП состоит из: операционного блока (ОБ) и микропрограммного устройства управления (МУУ) и КЭШ (раздельного команд и данных).

4.1. Операционный блок

Операционный блок выполняет арифметическую и логическую обработку данных; производит приём из внешней памяти и хранение слов во внутренних регистровых файлах; преобразование и выдачу либо слов, либо адресов результата на шину данных; выдает в МУУ флаги признаков и условий.

Основными элементами ОБ являются:

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для логической и арифметической обработки данных, поступающих на соответствующие входы. Выбор операции управляются битами из регистра микрокоманд.

Регистровый файл (РФ) – обеспечивает сохранение операндов, результатов и необходимых данных в ходе операции, которые можно было бы читать и перезаписывать с очень большой скоростью (для экономии времени выполнения операций). РФ должен быть двупортовым – обеспечивать возможность чтения/записи сразу 2 “ячеек”, для подачи на входы данных АЛУ.

Аккумулятор (Акк) – регистр, в котором может хранится результат текущей или предыдущей операции, через него происходит операция вывода.

Взаимодействие ОБ с другими элементами системы осуществляется через шины AB и DB. Шины AB и DB являются системными, поэтому регистры, через которые проходит передача данных на шины, способны переходить в Z состояние (передача управляется соответствующими битами микрокоманды).

Описание работы ОБ:

По локальной шине LB МУУ передает инструкции в АЛУ, РФ и аккумулятор, согласно которым АЛУ берет операнды из РФ, обрабатывает их, и через аккумулятор производит операцию вывода (возможен вывод как на шину данных, так и на шину адреса).

Адрес ячейки РФ может быть взят как из регистра команд, так и из регистра микрокоманд. Загрузка данных может осуществляться по шине данных, из команды и микрокоманды. Выбор способа загрузки производиться из отведённых битов микрокоманды (за выбор отвечают мультиплексоры, не указанные на структурной схеме).

Также по LB ОБ передает МУУ флаги, влияющие на работу УУП.

4.2. Микропрограммное устройство управления

Устройство управления организует автоматическое выполнение программ и обеспечивает работу ЭВМ как единой системы. МУУ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, которые отвечают за извлечение команд из памяти в порядке, определяемом программой, и последующее выполнение этих команд, а также выдаёт на системную шину управляющие сигналы для всех внешних устройств и ОП.

Описание работы МУУ:

В начале цикла команда(если разрешено чтение команды битом микрокоманды) считывается с шины данных в регистр команд (Рком). Старшие 8 бит команды являются кодом операции (КОП), выполняемой процессором. Эти биты поступают на преобразователь начального адреса (ПНА). Следующие биты (которые содержат адреса ячеек памяти, адреса регистров общего назначения или данные) поступают в буферные регистры (на схеме не указаны), для дальнейшей передачи на ABилиDBи на локальную шину данныхLB.

ПНА преобразует код операции в начальный адрес команды (адрес первой микрокоманды программы в микропрограммной памяти (МПП)) и передается на шину адреса устройства управления последовательностью (УУП, также называемым секвенсором). УУП обрабатывает полученный адрес (программирование УУП ведется из микрокоманды) и вырабатывает адрес следующей микрокоманды.

По адресу, полученному из УУП из микропрограммной памяти читается следующая микрокоманда и записывается в конвеерный регистр (регистр микрокоманд - Рмк), из которого часть битов идёт на шину управления CB, локальную шинуLB(к ОБ), а вторая часть задает инструкции и адрес для следующей микрокоманды.

Стоит отметить, что команда содержит в себе 2 адреса, так как по заданию адресность ЭВМ – двухадресная.