§1.5 Ортогональность архитектуры микропроцессоров.

Полупроводниковая память в виде набора быстродействующих регистров на кристалле микропроцессора оказала непосредственное влияние на различные уровни архитектуры за счет увеличения числа реализуемых регистров. В микро-ЭВМ, рассчитанных, например, на многопрограммную работу, наличие многочисленных общих регистров позволяет ускорить контекстные переключения. Когда осуществляется переключение с программы на программу, содержимое соответствующего блока регистров не обязательно переписывать в оперативную память и перезагружать в него содержимое для новой программы. Вместо этого каждой программе выделяется собственный блок регистров (БРг).

Именно эти возможности определяют важную отличительную особенность микропроцессоров — их многоуровневую ортогональную архитектуру.

§2. Микропрограммные устройства управления §2.1 Структура микропрограммных устройств

При построении относительно несложных цифровых устройств можно воспользоваться рассмотренными выше методами синтеза. Однако при построении устройств средней и большой сложности применение этих методов неоправданно из-за чрезмерно громоздких и трудоемких процедур синтеза. Для построения таких цифровых устройств целесообразно использовать принцип микропрограммного управления. Обобщенная структурная схема управляющего автомата (УА), реализующего данный принцип, изображена на рис. 2.1 (здесь УУ — узел управления, ОУ — операционный узел).

Операционный узел состоит из устройств, в которых обрабатывается и хранится информация, а именно: счетчиков, регистров, дешифраторов, сумматоров, схем сравнения, блоков памяти и т. п. Используя набор этих устройств, можно производить обработку поступающей информации (x_i+1, ..., x_m}. Результатом ее обработки является выходная информация (Z₁, Z₂, .., Z_k).

Узел управления координирует работу ОУ. Он формирует управляющие сигналы (y₁, у₂, ..., у_n) для ОУ, которые выполняют в нем определенные действия. Каждый из этих сигналов реализует в определенном ОУ элементарные действия, которые называются микрооперацией (МО), т. е. микрооперация — это элементарный неделимый акт обработки информации в ОУ, происходящий в течение одного такта. Время, в течение которого выполняется одна команда, называется циклом УУ.

Задание последовательности выполнения команд осуществляется в УУ посредством счетчика адреса команд, содержимое которого увеличивается на единицу после выбора очередной команды. Управляющие сигналы в УУ формируются с помощью тактовых импульсов. Одновременно (в одном и том же тактовом периоде) может выполняться некоторая совокупность МО, образующая микрокоманду (МК), т. е. микрокоманда — это совокупность МО, выполняемых одновременно за один такт. Набор МК, реализующих заданный алгоритм, образует микропрограмму.

Формирование МК может быть связано с определенными условиями, т. е. с определенным состоянием ОУ. Эти условия формируются на выходе х₁, x₂, ..., х_i и подаются на вход УУ. По этим условиям, а также по внешним условиям х_i+1, x_i+2, ..., х_m выполняются условные переходы, а результаты обработки передаются на выход Z₁, Z₂, ...., Z_k.

Управляющий автомат, назначением которого является реализация микропрограммы (т. е. управление ее выполнением), называется микропрограммным автоматом (МПА).

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема управляющего автомата

Рис. 2.2. Разновидности вершин графов:

и—начальная; б—конечная; в—операторная; г — условная; б—ждущая

Последний можно реализовать на принципе «жесткой» (синтезируемой) логики или на принципе программируемой логики.