Московский авиационный институт
(Национальный исследовательский университет)
Кафедра 304
Курсовая работа по архитектуре ЭВМ:
«Разработка блока устройства управления ЦП для выполнения
операции умножения».
Выполнила: Ионова Е.А.
Преподаватель: Звонарева Г.А.
Москва 2011
Содержание
Задание…………………………………………………………………………………………………….2
Теоретическая часть…………………………………………………………………………………2
Блок-схема микропрограммы…………………………………………………………………8
Микропрограмма после совмещения микроопераций во времени……..9
Структурная схема………………………………………………………………………………….11
Список литературы…………………………………………………………………………………12
Задание.
Разработать блок устройства управления ЦП для 2-х адресной команды, где первый операнд задан регистровой адресацией, а второй – базовой. Операция – умножение чисел в прямом коде. Записать результат на место первого операнда.
Теоретическая часть.
Организация центрального процессора.
Центральный процессор (ЦП) – это устройство, предназначенное для непосредственной обработки данных и работающее под управлением программ.
Основные узлы центрального процессора.
АЛУ – арифметико-логическое устройство
УУ – устройство управления
УР – управляющие регистры
СчК – счётчик команд
РК – регистр команд
РОНы – регистры общего назначения
Вспомогательные блоки
блок связи ЦП и ОП
система прерывания
блок контроля и диагностики
и т. д.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ).
Предназначено для непосредственной обработки данных над числами с фиксированной точкой и с плавающей точкой, а также для выполнения операций двоично-десятичной арифметики, логических операций, текстовых данных.
Устройство управления (УУ).
Предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются команды ЭВМ.
Основные этапы выполнения машинной команды.
1 этап: Выбор машинной команды из памяти
2 этап: Дешифрация кода операции
3 этап: Формирование исполнительного адреса и выбор операндов
4 этап: Выполнение операций в АЛУ
5 этап: Запись результата
Управляющие регистры (УР).
СчК (счётчик команд) – хранит адрес следующей выполняемой команды.
РК (регистр команд) – хранит текущую выполняемую команду.
Регистры общего назначения (РОНы).
РОНы – программно-адресуемые регистры, предназначенные для хранения операндов, результатов, а также ряда вспомогательной информации, используемой при вычислении адреса (база, индекс).
Регистровая адресация.
В адресном поле команды указывается номер РОНа, в котором хранится операнд.
Структурная схема.
коп
Ri
операнд
ОП
Номер
РОНа операнд АЛУ
РОНы используются для сокращения времени доступа за операндами.
Базовая адресация.
коп
Bi
Di
Ai
В адресном поле Аi выделяется 2 подполя: Вi и Di.
Bi – номер базового регистра или адрес ячейки памяти, где хранится база.
(Bi) – база; наиболее часто база хранится в РОНах.
Di – смещение, выбирается непосредственно из команды.
Исполнительный адрес формируется как сумма базы и смещения:
ИА = (Bi) + Di.
Структурная схема.
Di
коп
Bi
РОНы
база
ОП
операнд
+
АЛУ
DiB i (Bi) ИА операнд
АЛУ
производит только сложение
и вычисляет адрес (индексное АЛУ)
Организация устройства управления.
Центральный процессор, как и любое другое устройство обработки цифровой информации, включает в себя две основные части:
Операционную часть(операционное устройство)
Управляющую часть(устройство управления).
Операционная часть состоит из регистров, счетчиков, сумматоров, дешифраторов и связей между ними.
Операционная часть функционирует под воздействием управляющих сигналов, которые вырабатывает управляющее устройство.
Операционная часть выполняет заданную микропрограмму, состоящую из микрокоманд.
Микрокоманда включает в себя одну или несколько микроопераций.
Микрооперация – это элементарная функциональная операция, выполняемая под воздействием одного управляющего сигнала в течение одного такта.
Если в течение одного такта выполняется несколько микроопераций под воздействием различных управляющих сигналов, то они объединяются в одну микрокоманду.
Устройство управления(УУ) служит для выработки последовательности управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются микрооперации.
В зависимости от способа выработки управляющего сигнала различают 2 основных подхода к построению УУ:
Микропрограммная реализация УУ
Аппаратная реализация УУ(схемная реализация или УУ с жёсткой логикой)
Микропрограммная реализация устройства управления.Схема Уилкса.
Введем обозначения:
РАМК - регистр адреса микрокоманд.
Р
МК
– регистр микрокоманд
Основой микропрограммного УУ является память микрокоманд. Наиболее частый случай- память микрокоманд реализуется в виде запоминающего устройства.
Условно на рисунке горизонтальными линиями показаны ячейки памяти, в каждой из которых закодирована одна микрокоманда, выполняемая за один такт.
Каждая микрокоманда включает в себя 2 части:
Управляющая часть
Адресная часть
В управляющей части будут кодироваться управляющие сигналы, которые затем подаются на вентили в Операционную Часть Центрального Процессора.
В адресной части кодируется адрес ячейки памяти, где хранится следующая выполняемая микрокоманда.
Адрес из регистра микрокоманд(РМК) через линию задержки в следующем такте поступает на РАМК. И после его дешифрации из памяти микрокоманды, в соответствии с этим адресом на РМК считывается очередная микрокоманда.
Из управляющей части микрокоманды управляющие сигналы подаются на вентили в операционную часть ЦП, а из адресной части на регистр адреса микрокоманд в следующем такте заводится адрес следующей выполняемой микрокоманды.
Горизонтальный подход к реализации микропрограммного устройства управления.
Для каждого управляющего сигнала в управляющей части отводится отдельный разряд . Если в некотором такте управляющий сигнал должен быть =1, то в соответствующем разряде записывается 1. Таким образом, количество разрядов в управляющей части соответствует числу управляющих сигналов.
При такой организации можно совмещать микрооперации во времени.
Достоинства: Большое быстродействие за счёт возможности сокращения микропрограммы во времени и уменьшения длины микропрограммы.
Недостатки: Требуется большая ёмкость памяти для хранения микрокоманды, так как реально совместить большое количество микроопераций в одной микрокоманде не удаётся. Поэтому в основном память заполнена 0, т.е. не рациональное использование памяти.