Устройства эвм
Устройство управления (уу): назначение, принципы построения.
Устройство управления – это часть цифрового вычислительного устройства, предназначенная для выработки последовательности управляющих сигналов на определенные входы устройства, определенным образом распределённую по времени.
Устройство управления предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в арифметико-логическом устройстве, а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства.
Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией
Пример: TX=0
Совокупность микроопераций, выполняемых в одном такте, называется микрокомандой
Пример: TX=0, TY=0, RGX=|X|, RGY=|Y|, RGZ=0
Микрокоманды, предназначенные для выполнения некоторой функционально законченной последовательности действий, образуют микропрограмму.
Пример: умножение двух чисел
Устройства управления делятся на:
УУ с жесткой, или схемной логикой
УУ с программируемой логикой (микропрограммные УУ).
Структурная схема уу с жесткой логикой. Реализация датчика сигналов на счетчике с дешифратором и на сдвиговом регистре.
|
Датчик сигналов вырабатывает последовательность импульсов, равномерно распределенную во времени по своим шинам (n - общее количество управляющих сигналов, необходимых для выполнения любой операции; m - количество тактов, за которое выполняется самая длинная операция); |
Блока управления операциями осуществляет выработку управляющих сигналов, то есть коммутацию сигналов, поступающих с ДС, в соответствующем такте на нужную управляющую шину; |
|
Дешифратор кода операций дешифрирует код операции команды, присутствующей в данный момент в регистре команд, и возбуждает одну шину, соответствующую данной операции; этот сигнал используется блоком управления операциями для выработки нужной последовательности управляющих сигналов. |
Датчик сигналов на основе счетчика с дешифратором
П
о
заднему фронту каждого тактового
импульса, поступающего на устройство
управления с системного генератора
импульсов, счетчик увеличивает свое
состояние; выходы счетчика соединены
со входами дешифратора, выходы которого
и являются выходами датчика сигналов.
УУ схемного типа имеют сложную нерегулярную структуру, которая требует специальной разработки для каждой системы команд и должна практически полностью перерабатываться при любых модификациях системы команд. В то же время оно имеет достаточно высокое быстродействие, определяемое быстродействием используемого элементного базиса.
Структурная схема микропрограммного уу.
Преобразователь адреса микрокоманды преобразует код операции команды, присутствующей в данный момент в регистре команд, в начальный адрес микропрограммы, реализующей данную операцию, а также определяет адрес следующей микрокоманды выполняемой микропрограммы по значению адресной части текущей микрокоманды.
На табл 4.1 приведен пример микропрограммы для выполнения операции умножения чисел в дополнительном коде. Предполагается, что начальный адрес микропрограммы равен 300, количество разрядов множителя равно 2, а адресная часть микрокоманды содержит адрес микрокоманды, которая должна быть выбрана в следующем такте. В последней микрокоманде в регистр команд загрузится очередная команда, код операции которой определит начальный адрес очередной микропрограммы. В реальных микропрограммных устройствах управления формирование адреса следующей микрокоманды проводится более сложным образом, учитывающим возможности ветвлений и циклического повторения отдельных фрагментов микропрограмм.
Таблица 4.1. Микропрограмма выполнения операции умножения |
||||||||
Адрес МК |
УС1 |
УС2 |
УС3 |
УС4 |
УС5 |
УС6 |
Сигнал записи в РК |
Адрес следующей МК |
300 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
301 |
301 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
302 |
302 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
303 |
303 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
304 |
304 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Х |
Устройство управления, реализованное по микропрограммному принципу, может легко настраиваться на возможные изменения в операционной части ЭВМ. При этом настройка во многом сводится лишь к замене микропрограммной памяти. Однако УУ этого типа обладают худшими временными показателями по сравнению с устройствами управления на жесткой логике.