40. Управління роботою процесора

Для того чтобы устройство управления могло решать возложенные на него задачи, оно должно располагать определенной входной информацией о текущем состоянии системы и формировать выходные сигналы, которые будут определять дальнейшее поведение системы. Это спецификация устройства управления извне. Если же рассматривать внутреннюю структуру узла, то в ней должны присутст­вовать логические схемы, необходимые для решения перечисленных выше за­дач.

На рис. 14.4 показана функциональная схема устройства управления, на ко­торой представлена входная и выходная информация. В качестве входной ин­формации устройство управления использует следующие сигналы и данные.

Тактовые импульсы. Тактовые импульсы синхронизируют выполнение всех операций во времени. Длительность выполнения каждой микроопера­ции (или нескольких одновременно выполняемых микроопераций) равна одному такту.

Регистр команд. Поле кода операции в регистре команды определяет, ка­кую последовательность микроопераций должно сформировать устройство управления.

Флаги. Они необходимы для определения текущего состояния процессора и результата выполнения последней операции в АЛУ. Например, при выпол­нении команды ISZ (приращение и пропуск команды, если результат равен нулю) устройство управления должно увеличить код в регистре PC в том случае, если установлен флаг Z (флаг равенства результата нулю). Сигналы на управляющих линиях магистрали. По этим линям в устрой­ство управления поступают сигналы запроса прерывания и подтверждения от внешних устройств.

Устройство управления формирует следующие сигналы.

Управляющие сигналы, распространяемые внутри процессора. Эти сиг­налы делятся на две категории: сигналы, задающие передачу данных из од­ного регистра в другой, и сигналы запуска определенных операций в АЛУ.

Сигналы, передаваемые по управляющим линиям системной магистра­ли. Эти сигналы также делятся на две категории: сигналы, управляющие работой памяти, и сигналы, управляющие работой модулей ввода-вывода.

Рассмотрим теперь, как с помощью управляющих сигналов устройство управления организует работу процессора при излечении команды. Устройство постоянно следит за тем, какая фаза цикла обработки команды является теку­щей в данный момент. По состоянию регистра ICC оно определяет, что должна выполняться фаза извлечения. Первым делом устройство организует пересылку содержимого PC в MAR. Для этого формируются управляющие сигналы, откры­вающие вентили между разрядами PC и разрядами MAR. Следующая опера­ция — чтение слова из памяти в MBR и приращение кода адреса в PC. Для этого устройство управления одновременно формирует такие сигналы:

сигнал, который открывает вентили, связывающие выходы разрядов реги­стра MAR с линиями адреса системной магистрали;

сигнал READ на линии управления системной магистрали;

сигнал, который открывает вентили, связывающие линии данных систем­ной магистрали со входами разрядов регистра MBR;

внутренний управляющий сигнал процессора, инициирующий работу схемы приращения содержимого регистра PC и сохранение результата в PC.