Построение процессоров 3

Общие принципы построения

и структура процессоров

Принцип микропрограммного управления.

Функции обработки информа­ции в цифровых системах (устройствах) возлагаются на процессор, который вы­полняет все необходимые операции предписанные программой. Построение про­цессоров базируется на принципе микропрограммного управления, согласно ко­торому:

● любая операция над словами информации (двоичными кодами), реализуемая процессором, рассматривается как сложное действие, которое разделяется на последовательность элементарных действий, называемых микрооперациями;

● для управления порядком следования микроопераций используются логиче­ские условия, которые отражают состояние процессора после выполняемых микроопераций в виде логического 0 или 1;

● процесс выполнения операций в процессоре описывается в форме алгоритма. Описание алгоритма, представленное в терминах микроопераций и логиче­ских условий, называется микропрограммой;

● микропрограмма используется как форма представления функции процессо­ра, на основе которой определяются его структура и порядок функциониро­вания во времени.

Структура процессора.

В струк­турно–функциональном отношении процессор разделяется на две части: операционный и управляющий авто­маты (рис. 1.1.1).Построение процессоров 1

Операционный автомат предназначен:

● для хранения множества входных (

D

), выходных (

R

) и внутренних (

S

) слов,

● для получения результата

R

путем выполнения последовательности микроопераций из заданного на­бора,

● для формирования множества осведомительных сигналов X, каждый из кото­рых отождествляется с определенным логическим условием. Микрооперации, реализуемые операционным автоматом, инициируются мно­жеством управляющих сигналов

Y

= {

y

1


,...,

yN

), каждый из которых соответствует определенной микрокоманде.

Операционный автомат


можно представить в виде трех функциональных моду­лей (рис. 1.1.2): памяти, комбинационной схемы, реализующей микрооперации, и комбинационной схемы, вычисляющей значения логических условий. Построение процессоров 2

Управляющий автомат


генерирует последовательность управляющих сигналов из множества

Y

, предписанную микропрограммой и соответствующую значениям логических условий X. При выполнении процессором пакета микро­программ на его входы последовательно подаются коды операций, которые соот­ветствуют той или иной микропрограмме. На входы процессора могут поступать внешние сигналы логических условий, а с выходов сниматься сигналы для управ­ления внешними устройствами.

Структура управляющего автомата во многом зависит от принципа его постро­ения. В управляющих автоматах, построенных по принципу схемной логики, необ­ходимая последовательность управляющих сигналов У вырабатывается с помощью определенным образом соединенных логических элементов. При использовании принципа программируемой логики управляющие сигналы У вырабатываются на основе микропрограммы, хранящейся в постоянных запоминающих устрой­ствах или программируемых логических матрицах.

Операционный и управляющий автоматы могут быть заданы своими функция­ми или перечнем выполняемых ими действий, на основании которых строятся схемы автоматов. Функции операционного автомата заданы, если определены множества

D

,

R

,

S

,

Y

, X.

Функции управляющего автомата задаются операторной схемой алгоритма (микропрограммой) с использованием множеств

Y

,

X

. Это может быть граф–схема алгоритма, которая устанавливает порядок проверки логических условий (X) и по­рядок следования управляющих сигналов (

Y

).

Особенности построения процессоров рассмотрим на примере специализи­рованного процессора, предназначенного для умножения двоичных чисел по ал­горитму Бута.

Для более детального и глубокого изучение схемных решений и функциониро­вания процессора в дальнейшем используются результаты компьютерного моде­лирования (схемы устройств и временные диаграммы), полученные с помощью пакета программ

Micro



Logic

II фирмы

Spectrum



Software

.



Рекомендуйте эту статью другим!