Различия между аппаратным и микропрограммным управлениями

Различается аппаратное и микропрограммное управление МП. Аппаратное управление обеспечивается постоянным соединением между собой логических элементов УУ МП, создающим однозначные соответствия между кодом операции и двоичным кодом, воздействующим на АЛУ и СОЗУ МП. Коды операций хранятся во внешнем по отношению к МП постоянном запоминающем устройстве, из которого по адресам программного счетчика ПС выбираются последовательно во времени, по адресам регистра состояний выбираются последовательно во времени, а по адресам стека - при прерываниях и разветвлениях программы. В отличие от ОЗУ, позволяющего как считывать, так и записывать двоичные коды в ячейки памяти, ПЗУ работает только на считывание информации, записанной 1 раз при его изготовлении или после изготовления специальным устройством. Таким образом, набор команд изменяться не может: аппаратное управление жесткое. Команда, предполагающая выполнение определенной законченной операции (например, сложение двух чисел), состоит из нескольких элементарных операций, каждая из которых занимает один такт работы МП (период тактового генератора), - микроопераций.

Блок микропрограммного управления (БМУ) осуществляет в режиме разделения времени управление работой процессора и некоторыми процедурами каналов ввода-вывода, используя для этого микропрограммы, находящиеся в управляющей памяти, выдает предписанные микрокомандой управляющие сигналы в соответствующие блоки процессора, формирует адрес следующей микрокоманды, обрабатывает прерывание микропрограмм. Запросы каналов на обслуживание со стороны БМУ имеют больший приоритет по сравнению с процессором, а среди каналов устанавливаются свои приоритетные соотношения. При прерывании микропрограммы в БМУ запоминается адрес следующей подлежащей выполнению микрокоманды.

Схемы микропрограммного управления размещены в стоике процессора следующим образом.

Устройство микропрограммного управления обеспечивает автоматическое выполнение программы, введенной в машину, и управляет взаимодействием всех устройств.

Устройство микропрограммного управления (МПУ) вырабатывает последовательности сигналов, управляющих обменом информацией между устройствами, а также порядок обработки информации в зависимости от ранее полученных результатов.

Идея микропрограммного управления операциями была предложена еще во время появления первых ЦВМ.

Принцип микропрограммного управления в настоящее время основной, так как прост в реализации, гибок, а быстродействие современных ПЗУ достаточно велико.

Блок микропрограммного управления позволяет по определенным командам, входящим в систему команд АСВТ, включать в работу стандартную микропрограмму, реализующую заданный алгоритм. Микропрогаммы постоянно зафиксированы в памяти данного блока. Такая память называется односторонней, так как из нее можно извлекать соответствующие коды, а производить запись в память нельзя. Емкость блока - 2048 слов по 44 двоичных разряда.

Блок микропрограммного управления обеспечивает выполнение как служебных, так и связанных с обработкой информации команд. Каждая команда ЭВМ реализуется последовательностью микроопераций, выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом. Последовательность микроопераций составляет микропрограмму данной команды и размещается в постоянной памяти (ПП) блока. В постоянной памяти микропрограммы команд жестко коммутированы и могут изменяться лишь конструктивно. Как правило, одной микропрограммой могут быть реализованы различные команды с операндами одинакового типа.

Рисунок 70 - Блок регистров

Принцип микропрограммного управления заключается в выработке управляющих сигналов путем последовательного считывания и декодирования информационных слов, расположенных в ячейках постоянной памяти. Одно информационное слово, считанное из постоянной памяти, представляет собой микрокоманду, содержащую информацию, управляющую отдельными действиями в машине в течение одного машинного такта.

Блок микропрограммного управления осуществляет управление всеми операциями, включая организацию прерываний, с помощью микропрограммной логики. Исключение составляют операции ввода-вывода, которые выполняются с помощью аппаратуры каналов. Микропрограммы размещаются в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), которое выполнено на П - образных магнитных сердечниках.

Блок микропрограммного управления включает в себя постоянное ЗУ, дешифраторы и регистр микрокоманд, узел формирования адреса микрокоманды. ЗУ микрокоманд (ЗУМК) имеет максимальный объем восемь - тысяч восьмибайтовых чисел и состоит из 32 модулей. Выходы дешифраторов-заведены на логические управляющие узлы во все блоки процессора. Узел формирования адреса читаемой из ЗУМК микрокоманды состоит из адресного регистра, регистров адреса для мультиплексного и селекторного каналов и схемы приоритета. Регистры адреса селекторного и мультиплексного каналов используют для запоминания адреса микрокоманды, перед которой происходит прерывание микропрограммы и переход к выполнению команды канала.

Устройство микропрограммного управления предназначено для управления процессом обработки информации в соответствии с системой команд процессора. В состав блока микропрограммного управления входят: память микрокоманд емкостью 512 микрокоманд по 47 разрядов; регистр микрокоманд; узел формирования адреса микрокоманды, который построен с применением трех микросхем КР556РТ1 - программируемых логических матриц (ПЛМ) с открытым коллектором.

Структура микропрограммного управления показана на Рисунок 6.10. Адресная часть и код операции очередной команды поступают в соответствующие регистры Рг и хранятся в них в течение всего времени ее выполнения. После дешифрации адресной части команды из оперативной памяти ОП осуществляется выборка чисел, участвующих в выполнении данной операции. Показанная на Рисунок 6.10 дешифрация адресной части обычно производится местным устройством управления ОП.

Блок микропрограммного управления (БМУ) производит преобразование команды, поступающей с системной магистрали, в последовательность микрокоманд и выполнен в виде программируемой логической матрицы. Программирование системы команд производится на этапе изготовления микросхемы.

Принцип микропрограммного управления операциями широко применяется в ЭВМ, выполняющих функции обмена с каналами связи.

Блок микропрограммного управления является сердцем микро - ЭВМ и выполняет обширный перечень сложных функций. Большое количество выводов микросхем и высокая степень интеграции, необходимая для их реализации, приводит к вырождению или упрощению ряда возможностей БИС или их реализации в виде нескольких микросхем. Для исследования архитектур БМУ прежде всего следует рассмотреть способы генерации адресов микрокоманд, заложенные в СОА.

Блок микропрограммного управления осуществляет управление всеми операциями, в том числе производит обработку прерываний. Исключение составляют операции ввода-вьню да.

Устройство микропрограммного управления обеспечивает реализацию всех режимов обработки информации, включая управление работой устройств ввода-вывода. Вся логика выбора микрооперации выполняется УМУ, сигналы от которого поступают в остальные устройства машины непосредственно на функциональные блоки.

Рисунок 71 - Структурная схема машины Мир-2.

Устройство микропрограммного управления включает в себя постоянное запоминающее устройство, в котором зафиксированы коды команд, последовательности которых образуют программы, реализующие алгоритмы внутреннего программного обеспечения.

Блок микропрограммного управления обеспечивает выполнение как служебных, так и связанных с обработкой информации команд. Каждая команда ЭВМ реализуется последовательностью микроопераций, выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом. Последовательность микроопераций составляет микропрограмму данной команды и размещается в постоянной памяти (ЦП) блока. В постоянной памяти микропрограммы команд жестко коммутированы и могут изменяться лишь конструктивно. Как правило, одной микропрограммой могут быть реализованы различные команды с операндами одинакового типа.

Рисунок 72 - Общие характеристики моделей ЕС ЭВМ второй очереди отечественного производства.

Блок микропрограммного управления (ЬМУ) осуществляет управление работой каналов и процессора. В нем выполняются прием микрокоманд пз управляющей памяти и формирование адреса следующей микрокоманды в каждом машинном такте.

Устройство микропрограммного управления, реализованное на двух микросхемах К1800ВУ1, обеспечивает выбор слова в микропрограммной памяти для выполнения команд. Каждое микропрограммное слово делится на группы разрядов, называемых полями, которые позволяют одновременно организовать работу отдельных устройств микропроцессора. Данное свойство микропрограммного управления позволяет выполнять несколько микрокоманд од повременно при выполнении одной машинной команды и тем самым существенно улучшить быстродействие.

Рисунок 73 - Типовая схема соединения микросхем быстродействующего.

Устройство микропрограммного управления К1800ВУ1 направляет адрес по выходной шине ОБ (от outputbus) к арифметико-логическому устройству К1800ВС1, являющемуся центральным устройством системы, или к устройству управления оперативной памятью К1800ВТЗ, которое обрабатывает и выводит адреса и данные для оперативной памяти.

Устройство микропрограммного управления содержит память, в которую загружаются эти микропрограммы. Процессор юманд по коду команды определяет адрес начала соответствующей микропрограммы и передает ей управление. Микропрограммы загружаются при каждом включении питания машины со специального накопителя на гибком магнитном диске. Следует отметить, что механизм загружаемых микропрограмм позволяет достаточно просто изменить систему команд машины.

Наличие микропрограммного управления интерфейсом позволяет реализовать и другие протоколы обмена.

Рисунок 74 - Структурная схема контроллера обмена информацией с магнитным регистратором.

Узел микропрограммного управления состоит из двух микросхем 1804ВУ2, схемы управления следующим адресом 1804ВУЗ и 16-вхо-дового мультиплексора управления переходом.

Блок микропрограммного управления МП обеспечивает выполнение всего набора команд микроЭВМ Электроника 60М, кроме команд над числами с плавающей точкой и команд пультового режима. Для полной совместимости по системе команд в К1801ВМ2 предусмотрена возможность работы с системным ПЗУ, на котором могут реализовываться недостающие команды. Его организация предусмотрена таким образом, что адресное пространство не занимает адресов в основной области адресации. Это достигается введением дополнительного 17-го разряда адреса (вывод SEL), позволяющего увеличить область адресации МП в 2 раза. Дополнительная область адресного пространства используется не только для расширения системы команд, но и для организации различных режимов начального пуска.

При микропрограммном управлении программирование ведется на уровне микрокоманд (микроопераций), а не команд. Микрокоманда содержит набор управляющих кодов действий, выполняемых разными блоками МП системы в одном такте, включающих в себя и действия по формированию адреса следующей микрокоманды. Каждая микрокоманда содержит две части: управляющую и адресную. В простейшем случае полностью незакодированной микрокоманды каждый бит управляющей части микрокоманды управляет действием определенного блока системы; при сложных системах микрокоманда может содержать около 100 разрядов. Для уменьшения длины микрокоманды и, следовательно, количества линий связи между блоками при управлении логически связанными и относящимися к одному моменту времени такта действиями используют кодирование. В этом случае управляющая часть команды разбивается на поля, в которых содержатся коды управления определенными блоками системы. Пример формата микрокоманды такого типа системы, выполненной на ММП серии К1804, дан на Рисунок 1.6. В такой системе предусмотрена, в частности, возможность в одном такте считывать данные с двух регистров общего назначения, выполнять над ними операции в АЛУ и возвращать результаты в блок регистров общего назначения.

При микропрограммном управлении ММЭВМ в качестве МПЗУ выбирается один из следующих блоков памяти: постоянное ЗУ, однократно программируемое при помощи фотошаблонов в ходе изготовления; постоянное ЗУ, однократно программируемое с помощью плавких перемычек; перепрограммируемые постоянные ЗУ (ППЗУ) за счет стирания информации ультрафиолетовым облучением; электрически стираемые постоянные ЗУ с перезаписью.

При микропрограммном управлении БЦУ (см. Рисунок 61) представляет собой микропрограммный управляющий автомат (МПУА), вырабатывающий УС за счет последовательного считывания и расшифровки управляющих слов, располагающихся в ячейках памяти микрокоманд ПМК. Структура МПУА зависит от типа памяти микрокоманд ПМК, способов формирования УС, кодирования микрокоманд и исполнения микрокоманд.

При микропрограммном управлении функции микропроцессора задаются определенным набором команд, записываемых в постоянных запоминающих устройствах, или кодированием программируемой логической матрицы. Большую гибкость микропроцессору обеспечивает использование ПЗУ с электрической перезаписью.

Процессор имеет микропрограммное управление, использующее трансформаторное 18-разрядное ПЗУ, один разряд служит для контроля 17-разрядной микрокоманды по паритету. Такт процессора составляет 312 не.

3.Вопросы:

1. Особенности микропрограммного управления.

2. Различия между аппаратным и микропрограммным управлением.

Тема 14:

"Исследование АЛУ"

Содержание:

1. Понятие АЛУ

2. Структура АЛУ

3. Сумматоры АЛУ

4. Классификация АЛУ

5. Методы повышения быстродействия АЛУ

6. Вопросы