42. Мікропрограмне керування

Управляющая память, представленная на рис. 15.2, содержит программу, полностью описывающую функционирование устройства управления. Поэтому единственное, что остается сделать проектировщику устройства, — организовать в нем считывание и выполнение этой программы.

На рис. 15.3 показаны основные узлы устройства, реализующего микропро­граммное управление. Последовательность микрокоманд, образующая микропро­грамму, хранится в блоке управляющей памяти. Регистр адреса управляющей памяти (control address register — CAR) содержит адрес следующей микроко­манды. Микрокоманда, считанная из блока управляющей памяти, помещается в буферный регистр управляющей памяти (control buffer register — CBR). Левая часть этого регистра (см. рис. 15.1,а) подсоединена к выходным линиям управ­ляющих сигналов. Следовательно, чтение микрокоманды является одновременно и ее выполнением. Третий узел — узел синхронизации и управления последовательностью выполнения микропрограммы — организует загрузку адреса в CAR и формирует сигнал чтения из блока управляющей памяти.

43. Управління послідовністю виконання мікрокоманд

Устройство микропрограммного управления должно в процессе работы решать две задачи: управление последовательностью выборки микрокоманд и выполнение микрокоманд, т.е. формирование соответствующих управляющих сигналов.

При проектировании устройства управления обе задачи нужно рассматривать в совокупности, поскольку они влияют на формат микрокоманд и организацию работы устройства во времени. В этом разделе мы рассмотрим, как осуществляется управле­ние последовательностью микрокоманд при выполнении микропрограммы.

Выбор средств управления последовательностью микрокоманд оказывает влияние на два важнейших параметра устройства управления — размер микро­команды и время формирования адреса микрокоманды, т.е. в конечном счете на его быстродействие.

В процессе выполнения микропрограммы адрес следующей микрокоманды либо определяется кодом текущей машинной команды, т.е. состоянием регистра команд IR, либо представляет собой следующий адрес в микропрограмме, либо является адресом перехода. Первый вариант появляется только один раз в цикле обработки машинной команды, сразу же после окончания фазы извлечения ко­манды. Второй вариант в процессе выполнения микропрограммы появляется чаще всего. Однако конструкция устройства управления не может быть рассчи­тана только на естественный порядок выполнения микрокоманд. Практически ни одна микропрограмма не обходится без переходов, как условных, так и без­условных. Более того, как показывают исследования, каждая третья-четвертая микрокоманда в микропрограмме является командой перехода [SIEW82]. Та­ким образом, проектировщику устройства управления следует уделить серьезное внимание методам ветвления микропрограмм.

При формировании адреса следующей выполняемой микрокоманды устрой­ство управления должно анализировать такую информацию: содержимое теку­щей микрокоманды, состояние флагов условий и содержимое регистра команд.

Существующие методы формирования можно разделить на три категории соот­ветственно формату представления адресной информации в микрокоманде:

• микрокоманда с двумя полями адреса;

• микрокоманда с единственным полем адреса;

• микрокоманда переменного формата.

Самый простой метод — предусмотреть в микрокоманде два поля адреса. На рис. 15.6 показано, как можно использовать эту информацию. В схеме устройства управления имеется мультиплексор, на который подаются коды обоих адресов и код машинной команды. В зависимости от состояния на входе выборки адреса мультип­лексор либо преобразует код команды в адрес микрокоманды, либо передает на вы­ход код одного из адресных полей. Выход мультиплексора подключен ко входам ре­гистра адреса управляющей памяти (CAR). Далее код из регистра CAR поступает на дешифратор адреса, который непосредственно управляет выборкой микрокоманды из управляющей памяти. Сигнал на входе выборки адреса мультиплексора формирует­ся специальной схемой анализа ветвления. Входной информацией для этой схемы является состояние флагов и код в управляющем поле текущей микрокоманды (последняя находится в буферном регистре управляющей памяти — CBR).