Секціокований мікропроцесор

Як і кожний цифровий автомат, секціонований мікропроцесор складається з двох основних частин - операційного (виконавчого) та керуючого пристроїв.

Операційний пристрій, що здійснює обробку інформації, складається з групи ідентичних мікропроцесорних секцій, до складу кожної з яких входить арифметико-логічний пристрій з усією потрібною обслугою: буферними та робочими регістрами, регістрами зсуву, дешифраторами та мультиплексорами. Розрядність кожної з таких секцій невелика й складає два розряди в серії К589 і чотири в серії К1804. Але ці секції можна об'єднувати, включаючи їх послідовно й нарощуючи таким чином розридність до 2N або 4N, де N - кількість операційних мікропроцесорних секцій. Завдяки такому роздрібненню вирішується проблема з тепловідведенням і кількістю виводів. А застосування ТТЛШ та ЕЗЛ технологій дозволяє збільшити швидкодію таких мікропроцесорів.

Кількість операцій, які може виконувати АЛП у таких процесорах, невелика. Це арифметичне додавання та віднімання (у доповняльному коді), основні логічні операції, інкрементування, декрементування та комбінації цих операцій. Регістри зсуву, що входять до складу операційних секцій, дозволяють зсувати операнди праворуч і ліворуч. Тригери ознак фіксують якісний характер одержаного результату (здебільше це Z-ознака нульового результату, С-ознака переповнення та S-ознака від'ємного результату). Такого набору

виявляється достатньо для виконання більшості задач, що їх висуває практика.

Для нарощування розрядності вихід попередньої (молодшої) секції поєднується з входом наступної (старшої) секції, а для прискорення переносів від секції до секції використовується спеціальна ІМС, яка має назву СУП - схема прискореного переносу, що також входить до складу серій К589 та К1804.

Операційні пристрої працюють під керуванням мікрокоманд, що їх виробляє КП - керуючий пристрій, який є найбільш специфічною та складною ГМС у відповідному мікропроцесорному комплекті. На відміну, наприклад, від мікропроцесора КР580ВМ80, де КП захований усередині мікропроцесора й усе мікропрограмне керування лежить поза полем зору користувача, у секціонованих процесорах мікропрограмне керування відбувається, так би мовити, в явному вигляді та надає можливість втручання до нього з боку користувача.

Блок-схему секціонованого мікропроцесора зображено на рис. 16.1. Тут ОП - операційний пристрій, що складається з багатьох секцій і обробляє інформацію та КП, який керує роботою ОП, складається з двох блоків, що є окремими ІМС - блока керування БМК і блока мікропрограмної пам'яті, який має ще назву блока пам'яті мікрокоманд.

Команда, прочитана з основної пам'яті, дешифрується в БМК і в ньому адреса, за котрою в блок пам'яті мікрокоманд записана перша мікрокоманда тої мікропрограми, яка виконує команду, прочитану з основної пам'яті. Кожній мікрокоманді відповідає певна елементарна дія операційного пристрою, яку він і виконує протягом одного такту.

Однак це тільки половина справи. За першою мікрокомандою повинна звичайно йти слідом друга, за нею третя тощо. Тому в першій мікрокоманді міститься вказівка щодо адреси наступної мікрокоманди. Ця частина бітів мікрокоманди повертається до БМК і бере участь у формуванні адреси другої мікрокоманди. За другою мікрокомандою ідуть наступні, аж поки всю мікропрограму, що реалізує основну команду, не буде вичерпано. Після цього з основної пам'яті зчитується подальша команда.

Такий спосіб формування адрес має назву природної адресації, а мікрокоманди такого типу - операційних мікрокоманд. При природному способі адресації наступна мікрокоманда неминуче витікає з попередньої. Разом із тим відомо, що електронно-обчислювальні системи мають змогу альтернативне обирати шлях виконання програми, створюючи розгалуження залежно від характеру одержаних результатів. Такі розгалуження мають назву умовних переходів. Тому крім операційних існують ще керуючі мікрокоманди. Вони безпосередньо на ОП не діють, а лише змінюють порядок виконання мікрокоманд залежно від ознак раніш одержаного результату. У керуючих мікрокомандах перевіряється вміст будь-якого з тригерів регістра ознак і виділяється значення одного з бітів (наприклад, Z-біта). Якщо в цьому біті виявиться одиниця, то через БМК у пам'ять мікрокоманд засилається адреса, записана в спеціальному полі керуючої мікрокомакди й відбувається перехід за цією адресою.

Якщо ж у відповідному біті виявиться нуль, то ніяких переходів не відбувається й виконується команда, наступна за керуючою (тобто порядок природної адресації не порушується).

Уся специфіка формування мікрокоманд і мікропрограм міститься в пам'яті мікрокоманд, котра в апаратному відношенні є просто деяким ГОП. Цей ПЗП програмується користувачем при розробці секціонованого мікропроцесора. Якщо замінити такий ГОП на інший, інакше запрограмований, то у відповідь на той самий машинний код, що потрапляє з основної пам'яті, пам'ять мікрокоманд видасть зовсім іншу мікрокоманду й ОП виконає за нею іншу операцію. Секціонований мікропроцесор змінить усю систему команд і це буде подібним до того, як при зміні програми-транслятора ЕОМ починає "розуміти" іншу мову й іншу систему команд.

Таким чином користувач секціонованого мікропроцесора одержує можливість самостійно, за своїм розсудом, складати систему команд, яка найбільшою мірою відповідає тим задачам, котрі має розв'язувати мікропроцесор.