4. Классификация процессоров.

1. По числу бис в микропроцессорном комплекте:

• однокристальные МП- получен при реализации всех аппаратных средств МП в виде одной БИС или СБИС. Основные характеристики таких МП зависят от технологии изготовления БИС;

• многокристальные МП- получены при разбиении его логической структуры на функционально законченные части и реализация их в виде БИС;

• многокристальные секционные МП- получаются когда в виде БИС реализуются логические структуры МП при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями.

2. По назначению:

• универсальные МП;

• специальные МП

3. По виду обрабатываемых входных сигналов :

• цифровые МП;

• аналоговые МП .

4. По характеру временной организации работы :

• синхронные- начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения не зависит от вида команды и операндов);

• асинхронные- позволяют начало выполнения следующей операции определить по фактическому окончанию предыдущей.

5. По организации структуры многопроцессорных систем:

• одномагистральные- все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключаются к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющие сигналов;

• многомагистральные- устройства группами подключаются к своей информационной магистрали, это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким магистралям. Производительность увеличивается.

6. По количеству выполняемых программ :

• однопрограммные;

• мультипрограммные.

5. Организация управления процессом обработки информации в процессоре: управляющие автоматы с “жесткой” и с хранимой в памяти логикой.

Организация управления процессом обработки информации

Устройство управления выполняет две основные функции:

1. Управление выполнением операции

2. Выборка команд программы в нужной последовательности

Каждая команда представляет собой совокупность микроопераций, реализуется команда микропрограммой, выполняется за несколько тактов, причем в каждом такте может быть одна или несколько микрокоманд. Под рабочим тактом понимается интервал времени, отведенный на выполненные микрооперации.

Для реализации команды нужно подать на управляющие входы операционного блока соответствующие управляющие сигналы.

Существует 2 подхода организации управления выполнения операции:

1. Управляющий автомат с жесткой логикой или аппаратное управление.

2. Управляющий автомат с микропрограммной логикой или микропрограммное управление.

Для каждой микрооперации строится набор комбинационных схем, которая формирует сигналы управления на определенных тактах.

Каждой управляющей операции ставится в соответствие совокупность хранимых в памяти слов и микрокоманд, каждая микрокоманда содержит информацию, во-первых о тех микрооперациях которые нужно выполнить в течении 1 машинного такта, и во-вторых, указания на следующую микрокоманду.

Общая схема организации , выглядит следующим образом:

В любом случае код операции, подлежащий выполнению, должен быть расшифрован.

• При аппаратном управлении код операции попадает в дешифратор.

• При микропрограммном управлении код операции попадает сначала в управляющую память.

Управление с жесткой логикой

Управляющие автоматы с жесткой логикой представляют собой логические схемы, вырабатывающие собой управляющие сигналы. Типовая структурная схема управляющего автомата с жесткой логикой выглядит следующим образом:

Регистр кода операции является частью регистра кода команд и задает код исполняемой команды.

Дешифратор кода операции - вырабатывает единичный сигнал на j выходе, если выполняется j операция. Выборка алгоритма управления.

Счетчик тактов - с каждым тактом меняет свое состояние либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения. Номера тактов от 1 до n.

Дешифратор тактов – активизирует выход, соответствующий номеру тактов.

Логические схемы – для каждой команды возбуждают формирователи управляющих сигналов, для выполнения требуемой в данном такте микрооперации.

Схема образования управляющих сигналов выглядит следующим образом:

Главным недостатком такой схемы является то, что

1. на выполнение различных команд отводится одинаковое количество тактов

2. Логику работы такого управляющего автомата , можно изменить только путем перестраивания схем, от сюда следует что система команд микропроцессором с аппаратным управлением – фиксировано.

Основным достоинством аппаратного управления является высокое быстродействие. Такие автоматы чаще всего используются в микропроцессорах типа RISC. Для формализации работы управляющего автомата и синтеза оптимального варианта используется описание работы операционного блока в виде микропрограммы или графа, последующим построением соответствующего управляющего автомата.

Пример схемы управляющего автомата мили:

Управление с микропрограммной логикой.

В большинстве современных процессоров управляющие автоматы с микропрограммной логикой используются только совместно с аппаратным управлением. В отличие от аппаратного управления, где управляющие сигналы формируются логическими схемами в зависимости от входных сигналов и состояния автомата в микропрограммной управлении управляющие сигналы хранятся в запоминающем устройстве или памяти микрокоманд.

Схема автомата с микропрограммным управлением:

Набор входных значений U(t), Z(t), q(t) – можно отождествить с адресом управляющей памяти, в которой хранятся выходные сигнала управления V(t) и следующее состояние автомата q(t).

Работа автомата выглядит следующим образом: тактирование автомата осуществляется по синхросигналу

CLK=1 – такт

CLK= 0 –пауза

Состояние автомата меняется в паузах и определяется набором значений переменных q(t).

Пусть в такте t регистр адреса микрокоманды РгМК записаны U(t), Z(t), q(t). В регистре микрокоманд находится управляющий сигнал V(t). В паузе перед тактом t+1 в регистре адреса микрокоманды эти значения сохраняются, а из управляющей памяти выбираются сигналы V(t+1). Значения сразу записываются в регистр РгМК при появлении такта CLK=1 , на выходе РгМК формируется сигнал V(t+1), которое инициирует выполнение операции в операционном блоке. И следующее состояние команды q(t+1). *** после этого рабочий цикл повторяется.

Тактовый сигнал CLK воздействует так же на операционный блок, обеспечивая восприятие сигналов управления только в момент такта. Управляющая память может быть как постоянным так и оперативным запоминающим устройством. Если память является оперативным запоминающим устройством, это позволяет загрузить в микропроцессор любую систему команд.

Схема формирования адреса следующей микрокоманды служит для устранения эффекта большой управляющей памяти, она переадресует повторяющиеся адреса микрокоманд в одну ячейку памяти, тем самым сокращая объем управляющей памяти и памяти микрокоманд. По скольжу регистр адреса микрокоманд имеет очень большую разрядность, то и управляющая память получается большой ёмкости. Большая часть микрокоманд исполняются, как правило, последовательно. Это приводит к тому, что группа адресов будет ссылаться на одну и ту же ячейку памяти следующей микрокоманды. Например необходимо проверить содержимое знака регистра

U	Z	q(t)	q(t+1)
Адрес МК 1000	1011	0000	0001
1001	1011	0000	0001
1010	1011	0000	0001
…
1111	1011	0000	0001

2³=8 - 8 адресов ссылаются на 1 ячейку памяти (микрокоманду)

sign=1

Фактически в формировании адреса следующей микрокоманды участвует только старший бит