152. Принцип управления по хранимой микропрограмме. Операционно-адресная структура микрокоманды.

Сматематической точки зрения процессор можно представить в виде операционного устройства.

D

f_g

Управляемый преобразователь информации

R

На вход устройства поступают входные слова D ={d₁,..., dn} и код g операции f_g, которую должно выполнить устройство. Код операции инициирует работу устройства, и спустя некоторое время на выходе формируется значение результата R = f_g(D). Операционное устройство можно рассматривать как преобразователь дискретной информации.

В функциональном и структурном отношении операционное устройство разделяется на две части: операционный и управляющий автоматы Операционный автомат ОА служит для хранения слов информации, выполнения набора микроопераций и вычисления значений логических условий, т.е. операционный автомат является структурой, организованной для выполнения действий над информацией. Микрооперации, реализуемые операционным автоматом, инициируются множеством управляющих сигналов Y = {}, с каждым из которых отождествляется определенная микрооперация. Значения логических условий, вычисляемые в операционном автомате, отображаются множеством осведомительных сигналов X = {}, каждый из которых отождествляется с определенным логическим условием.

Управляющий автомат УА генерирует последовательность управляющих сигналов, предписанную микропрограммой и соответствующую значениям логических условий. Иначе говоря, управляющий автомат задает порядок выполнения действий в операционном автомате, вытекающий из алгоритма выполнения операции. Наименование операции, которую необходимо выполнить в устройстве, определяется кодом g операции.

Таким образом, любое операционное устройство - процессор, канал ввода-вывода, устройство управления внешним устройством - является композицией операционного и управляющего автоматов.

Операционный автомат, реализуя действия над словами информации, является исполнительной частью устройства, работой которого управляет управляющий автомат, генерирующий необходимые последовательности управляющих сигналов.

D

f_g

R

Основные положения принципа микропрограммного управления.

1. Любая операция из набора представляется в виде последовательности простых элементарных действий, которые называются микрооперациями. f_g  МО₁, МО₂, …

2. Для управления последовательностью выполнения микроопераций используются логические условия, которые в зависимости от значения слов преобразуемой информации, принимают значения «истина» или «ложь».

3. Процесс выполнения операций в операционном устройстве описывается в виде алгоритма, представленного в виде терминов микроопераций и логических условий и называется микропрограммой (МП).

4. МП используется как форма представления функций устройства на основе которой определяется структура и порядок функционирования ОУ во времени.

Операционно-адресная структура микрокоманды.

Микрокоманда в общем случае имеет операционную и адресную части. Операционная часть содержит информацию о том, сколько и какие микрооперации должны быть выполнены в данном такте (либо, что ни одной микрооперации не должно быть выполнено).

Адресная часть микрокоманды определяет, какие логические условия должны быть проверены, (либо определяет, что не должно проверяться не одно логическое условие), и, в зависимости от типа управляющего автомата, может содержать 1 или 2 поля адреса.

Способы построения операционной части микрокоманды.

Существует несколько способов построения операционной части микрокоманды:

1. Унитарное кодирование.

Унитарное кодирование заключается в том, что все различные микрооперации обозначаются через y₁, y₂,…,y_n. При необходимости выполнения некоторой микрооперации, она обозначается 1.

Существует понятие совместимости микроопераций. Совместимость может быть функциональной и структурной. Например, присвоение одному и тому же регистру различных значений в одном такте – это функционально несовместимые микрооперации, а выполнение операций сложения над различными операндами в одном такте являются структурно несовместимыми, если в ОА один сумматор и являются структурно совместимыми, если в ОА два сумматора. Т.о. функционально совместимые микрооперации могут быть структурно несовместимыми, но не наоборот.

Достоинство унитарного кодирования заключается в том, что все совместимые микрооперации могут быть выполнены в одном такте.

Недостаток – длинный, а следовательно занимает большой объем памяти.

2. Двоичное кодирование.

Двоичное кодирование заключается в том, что все микрооперации кодируются двоичным кодом, разрядность которого зависит от общего количества микроопераций. В регистре микрокоманд (Рг МК) записывается этот код. Разрядность Рг МК определяется по формуле:

k = log₂ (n + 1)

где n – количество микроопераций.

С Рг МК код подается на дешифратор, выходы которого идут в ОА.

В ОА

y₀

DC

здесь y₀ – пустая микрооперация.

Рг МК

Достоинство: минимальное количество разрядов.

Недостатки: - в одном такте может выполняться лишь одна микрооперация

• появляется дополнительное оборудование – дешифратор.

3.Разбиение по палям микроопераций.

Этот способ заключается в том, что все множество микроопераций разбивается на подмножества.

Y = {Y₁, Y₂,…Y_m}

Количество подмножеств должно быть не больше, чем наибольшее количество микроопераций, выполняющихся в одном такте.

Далее ведется распределение микроопераций по подмножествам, причем совместимые микрооперации должны находится в разных подмножествах.

Формальных метод, который позволяет наилучшим образом разбить микрооперации по подмножествам – метод прямого включения.

Далее в каждом подмножестве операции кодируются двоичным кодом.

Обычно используется либо унитарное кодирование, либо разбиение по полям микроопераций.

Адресная часть микрокоманды.

Существует два способа адресации: принудительная адресация и естественная адресация.

При принудительной адресации адресная часть микрокоманды может иметь следующий вид:

Когда адресная часть микрокоманды содержит 2 поля адреса, то алгоритм определения адреса, по которому будет осуществляться переход, имеет следующий вид:

Если логическое условие с номером, указанным в поле Х, выполнилось, то переход осуществляется по адресу А₀, в обратном случае по адресу А₁.

Если ни одно из условий не проверялось, то переход осуществляется по адресу А₀.

Когда адресная часть микрокоманды содержит 1 поле адреса, то алгоритм имеет следующий вид:

Если ни одно из условий не проверялось или проверяемое условие не выполнилось, то переходим по адресу А, иначе в соседнюю с А ячейку.

Можно построить управляющий автомат с естественной адресацией. В таком управляющем автомате предусмотрено два формата микрокоманд:

1. операционная микрокоманда

2. управляющая микрокоманда, которая содержит лишь адресную часть.

Чтобы отличить форматы друг от друга вводится управляющий бит; проверка нулевого разряда. Управляющий бит управляет дешифраторами. Если он равен 0, то двоичный код воспринимается как операционная микрокоманда, если же он равен 1, то как управляющая.

№153. Управляющий автомат с принудительной адресацией, с проверкой одного логического условия и с двумя полными адресами в поле микрокоманды.

Структура микрокоманды имеет следующий вид:

Алгоритм адресации следующий:

1 0

0 1

Структурная схема управляющего автомата с принудительной адресацией с проверкой одного логического условия и с двумя адресами:

0

х₁

х₂

α₁

x_n α₂

α₂

Х α₁

№154. Управляющий автомат с принудительной адресацией, с проверкой одного логического условия и с одним полным адресом в поле микрокоманды.

Структура микрокоманды имеет следующий вид:

Алгоритм адресации следующий:

1 0

0 1

Структурная схема управляющего автомата с принудительной адресацией с проверкой одного логического условия и с одним полным адресом в поле микрокоманды::

0

х₁

Из ОА

№155. Управляющий автомат с принудительной адресацией, с проверкой одного логического условия и с одним укороченным адресом в поле микрокоманды.

Структура микрокоманды имеет следующий вид:

Алгоритм адресации следующий:

Если РгАМК := А.х_Х, то можно сделать адрес А на один бит меньше, а этом бит формировать с помощью логического условия, что обеспечивает операция конкатенации. Тогда в схеме будет отсутствовать сумматор.

Структурная схема управляющего автомата с принудительной адресацией с проверкой одного логического условия и с одним укороченным адресом в поле микрокоманды::

№157. Управляющий автомат с естественной адресацией.

В управляющем автомате с естественной адресацией предусмотрено два формата микрокоманд:

• операционная МК

-управляющая МК

содержит лишь адресную часть.

Чтобы отличить форматы друг от друга вводится управляющий бит; проверка нулевого разряда.

Алгоритм адресации следующий:

Структурная схема управляющего автомата с естественной адресацией.

Управляющий бит управляет дешифраторами: если он равен нулю, то двоичный код воспринимается как операционная МК, в обратном случае – как управляющая микрокоманда.

№158. Функции СВВ. Принципы формирования адресов ОП при обмене между ПУ и ОП. В чем суть прерываний и приостановок? Как они реализуются?