5.2 Обобщенная функциональная схема мп.

МП включает в свой состав два основных устройства: операционное и управления (управляющее устройство) (рис.5.1).

Рис.5.1.

Операционное устройство (ОУ) - предназначено для выполнения операций над данными. В его состав входят: сумматор, инверторы, регистры памяти, регистры сдвига.

Устройство управления (УУ) включает в себя шифраторы, дешифраторы, счетчики тактов, программируемые логические матрицы и т.д. Оно формирует в определенной временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах ОУ выполняются требуемые действия.

Последовательность выработки управляющих сигналов Y₁...Y_n – определяется кодом операции (т.е. конкретной командой), а также зависит от состояния узлов ОУ, определяемого сигналами Х₁...Х_s, которые характеризуют промежуточные результаты, особенным операндом и т.д. Сигналы Х_s+1...X_L - отражают влияние внешних сигналов на работу УУ.

Процесс работы ОУ можно представить в виде последовательности элементарных действий. Такими элементарными действиями могут быть:

- установка регистра в 0: R1 0;

- инвертирование содержимого разрядов регистра: R1 (/R1);

- пересылка содержимого одного регистра в другой: R2 (R1);

- сдвиг содержимого регистра влево, вправо;

- счет, т.е. изменение содержимого регистра на 1;

- сложение и т.д.

Микропроцессоры относятся к синхронным устройствам. Это означает, что начало и конец выполнения любой элементарной операции в МП синхронизируются импульсами специального устройства, называемого генератором синхросигналов.

Период следования синхросигналов называется машинным тактом или тактовым периодом.

Каждое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОУ в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.

В определенные тактовые периоды одновременно могут выполняться несколько микроопераций. Такая совокупность одновременно выполняемых микроопераций называется микрокомандой.

Последовательность микрокоманд, обеспечивающая выполнение операции, задаваемой кодом команды, называют микропрограммой. Т.о. если в ОУ предусматривается возможность исполнения n-различных микроопераций, то из УУ выходят n-управляющих цепей,каждая из которых соответствует определенной микрооперации (рис.5.2).

Рис.5.2

В целом УУ осуществляет: выборку из памяти команд программы в нужной последовательности, их дешифрацию; управление выполнением операций; пересылку результатов и т.д.

В МП используются два способа организации управляющего устройства:

- аппаратный;

- микропрограммный.

5.2.1 Устройство управления на основе аппаратной реализации.

Аппаратный способ управления характеризуется тем, что управляющие сигналы У₁ . . . У_n формируются внутренними, т.е. реализованными на кристале МП, логическими схемами.

Упрощенная структура одного из простейших вариантов УУ приведена на рис.5.3.

На рис.5.3 приняты следующие обозначения: IR (Instruction Register)- регистр команд; PLM - программируемая логическая матрица; DC - дешифратор команд; СТ- счетчик тактов.

Рис.5.3

Команда, выбранная из ОЗУ, записывается в регистр команд (IR) и хранится в нем в течение всего времени выполнения команды.

С помощью DC КОП расшифровывается, при этом среди прочей информации определяется и число тактов, в течение которых должна быть выполнена данная команда. Указанное число загружается в счетчик тактов (СТ), который работает на вычитание. По достижении нуля счетчик останавливается, пройдя таким образом требуемое число состояний, равное числу тактов в команде.

Основным узлом рассматриваемого устройства является PLM, на которую в качестве входной информации подаются:

- информация непосредственно с DC, которая характеризует данную выполняемую команду;

- изменяющаяся в каждом такте информация со счетчиков;

- сигналы состояния операционного устройства;

- сигналы о прерываниях.

Т.о. в каждом такте на PLM поступает такая совокупность входных сигналов, которая необходима и достаточна для однозначного определения всех выходных управляющих сигналов в каждом такте выполняемой команды. Совокупность выходных сигналов PLM и является сигналами управления МП.