29. Микропрограммное управление. Формат микрокоманды.

Микропрограммирование—это метод проектирования и реализации функций управления системы обработки данных, опирающийся на последовательность управляющих сигналов, которые служат для интерпретации фиксированных или динамически изменяемых операций обработки данных. Эти управляющие сигналы, представленные в виде слов и хранящиеся в фиксированной или динамически изменяемой памяти УУ, отражают состояния сигналов, которые управляют потоком информации между исполнительными функциональными узлами и задают упорядоченный переход от одних таких состояний к другим [29].

Отличие МПА с “жесткой” логикой от МПА с программируемой логикой состоит в том, что в МПА с “жесткой” логикой закон функционирования определяется способом соединения логических элементов, в то время как в МПА с программируемой логикой он задается программой, хранимой в ячейках памяти, называемых управляющей памятью, либо памятью МК. (Рис. 6.10. Формат МК)

В ыполнение каждой операции расчленяется на последовательность элементарных действий, таких как сдвиг регистра, установка его в нулевое состояние, запись в регистр числа, перенос из одного регистра в другой и т.д. Такие элементарные действия, выполняемые с приходом тактирующего импульса, называются микрооперациями (МО). На каждую МО составляется МК, в которой указывается, в какие из управляющих цепей должны поступать импульсы в данном такте. Совокупность МК называется микропрограммой. Микропрограммы составляются на каждую операцию, которую необходимо выполнить.

Выбирая в определенной последовательности содержимое ячеек памяти, т. е. МК, их подают на вход операционного устройства, где они выполняются. При таком принципе управления операциями в каждом такте определяется адрес в управляющей памяти, откуда должна считываться МК. В этом случае нет необходимости создавать сложные УУ. Программа, выполняемая таким устройством, помещается в ПЗУ либо в ПЛМ.

Микрокоманда, помещаемая в ПЗУ при микропрограммном принципе управления, имеет ряд полей (рис. 6.10).

По состоянию полей адреса и условных переходов в текущей МК, а также по значению условий, выдаваемых ОУ в процессе выполнения текущей МК, в блоке микропрограммного управления ЕМУ формируется адрес ячейки памяти микропрограммы, в которой хранится следующая МК. В следующем тактовом периоде МК считывается и поступает в ОУ, который выполняет данную МК, а ЕМУ формирует адрес очередной МК, и так происходит до тех пор, пока не будет выполнена вся микропрограмма. В памяти может храниться несколько микропрограмм для решения различных задач. В зависимости от содержания команды выполняется требуемая микропрограмма. Команда содержит адрес выполняемой МК той микропрограммы, которая будет выполняться, а последующая МК этой микропрограммы определяется автоматически. Такой способ микропрограммного управления называется управлением с естественной адресацией и нашел наиболее широкое распространение в микропроцессорной технике.

30. Микрокоманды. Форматы представления адресной информации.

Форматом команды называется заранее обговоренная структура полей в её кодах, позволяющая ЭВМ распознавать составные части кода.

Длина команды зависит от числа адресных полей. По числу адресов команды делятся на: безадресные

одно-, двух-, трехадресные

Способы адресации классифицируют:

- по наличию адресной информации в команде (явная и неявная адресация).

- по кратности обращения в оперативную память.

- по способу формирования адресов ячеек памяти.

При явной адресации операнда в команде есть поле адреса этого операнда.

При неявной v адресное поле в команде отсутствует, а адрес операнда подразумевается кодом операции. Например, из команды может быть исключен адрес приемника адресата, при этом подразумевается, что результат записывается на месте второго операнда.

По кратности обращения в оперативную память различают:

- непосредственную адресацию (direct addressing)

- прямую адресацию (immediate addressing)

- косвенную адресацию (indirect addressing)

Непосредственная адресация

При непосредственной адресации операнд располагается непосредственно в адресном поле команды.

П рямая адресация. При прямой адресации обращение за операндом производится по адресному коду в поле команды. При этом исполнительный адрес совпадает с адресом кода команды.

Косвенная адресация

При косвенной адресации код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится не сам операнд, а его адрес, называемый указателем.

Способы формирования адресов ячеек памяти можно разделить на абсолютные и относительные.

Абсолютные способы формирования предполагают, что двоичный код адреса ячейки памяти может быть целиком извлечен либо из адресного поля команды, либо из какой-нибудь другой ячейки в случае косвенной адресации.

Относительные способы формирования предполагают, что двоичный код адресной ячейки памяти образуется из нескольких составляющих:

Б v код базы,

И v код индекса,

С v код смещения.

Эти составляющие используются в различных сочетаниях.

Относительная адресация

При относительной адресации применяется способ вычисления адреса путем суммирования кодов, составляющих адрес.

А = Б + И + С

А = Б + С

А = И + С

Индексная адресация

Для работы программ с массивами, требующими однотипных операций над элементами массива, удобно использовать индексную адресацию.

Адрес i-того операнда в массиве определяется как сумма начального адреса массива операнда, задаваемого смещением S, и индекса I , записанного в одном из регистров регистровой памяти, называемым индексным регистром.

Адрес индексного регистра задается в команде полем адреса индекса Аи.

В каждом i-том цикле содержимое индексного регистра изменяется на постоянную величину, как правило, это 1.

В некоторых моделях ЭВМ относительная адресация выполняется без суммирования по следующей схеме:

Автоиндексная адресация

При автоиндексации косвенный адрес, находящийся в регистре РП, автоматически увеличивается (автоинкрементная адресация), или уменьшается (автодекрементная адресация) на постоянную величину до или после выполнения операции.

Стековая адресация

Стековая память широко используется в современных ЭВМ. Хотя адрес обращения в стек отсутствует в команде, он формируется схемой управления:

Для чтения записи доступен только один регистр v вершина стека. Этот способ адресации используется, в частности, системой прерывания программ при вложенных вызовах подпрограмм.

Стековая память реализуется на основе обычной памяти с использованием указателя стека и автоиндексной адресации.

Запись в стек производится с использованием автодекрементной адресации, а чтение - с использованием автоинкрементной адресации.

31. Микрокоманды. Классификация. Технология кодирования.

В основе классификации лежат два понятия: потоки команд и потоки данных. Поток команд соответствует счетчику команд. Система с п процессорами имеет п счетчиков команд и, следовательно, п потоков команд. Поток данных состоит из набора операндов. Потоки команд и данных в какой-то степени независимы, поэтому существует 4 комбинации (см. табл. 8.2). SISD (Single Instruction stream Single Data stream — Кодирование микрокоманд обеспечивает сокращение длины mК, что приводит к необходимости меньшей по объему МПП, или увеличению объема микропрограммного обеспечения, хранимого в МПП

32. Внутренняя память. Характеристики ЗУ.

Внутренняя память состоит из:

Регистры процессора.

Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.Объём хранящейся информации в ОЗУ составляет от 32 до 512 Мбайт и более. Занесение информации в память и её извлечение, производится по адресам. Каждый байт ОП имеет свой индивидуальный адрес (порядковый номер). Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП.

Кеш память - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости.

Специальная - постоянная, Fiash, видеопамять и тд.

Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

Основными характеристиками ЗУ являются:

• информационная емкость

количество информации, измеряемое в битах (байтах),

которое можно хранить в ЗУ.

1 килобайт – 210 байтов; 1 мегабайт – 220 байтов;

1 гигабайт – 230 байтов; 1 терабайт – 240 байтов и т.д.;

Количество слов х Размер слова памяти

16 х 8 – шестнадцать восьми битных слов.

• метод доступа

Последовательный. Информация хранится в виде последовательности записей. Кроме самих данных хранится дополнительная адресная информация, используемая для

разделения записей и для поиска нужной записи. Для доступа к требуемой записи необходимо прочитать все предшествующие ей записи.

Произвольный. Каждая запись имеет свой встроенный механизм адресации.

Время доступа к любой ячейке не зависит от предыстории и от адреса данной ячейки.

• производительность ЗУ

Время доступа. Для ЗУ с произвольным доступом соответствует интервалу времени от момента поступления адреса до момента, когда завершается операция чтения или

записи данных в память. Для ЗУ с подвижным носителем информации соответствует

времени, необходимому для позиционирования головки чтения/записи.

Скорость передачи характеризует интенсивность информационного потока. Для ЗУ с произвольным доступом она обратно пропорциональна длительности цикла обращения.

Для других видов памяти данную характеристику определяют

как 

где TN – среднее время считывания или записи N битов; TA – среднее время доступа; R – скорость пересылки (бит/сек).

· надежность работы, характеризуемая зависимостью от окружающей среды и колебаний напряжения питания.

· стоимость единицы памяти.

· способы обнуления.

Обнуление - процесс очистки Запоминающего Устройства (ЗУ) от хранящихся в нем данных.