Функционирование устройства управления процессором

Функционирование процессора при выполнении команд программы можно представить в виде последовательности элементарных микроопераций

Задание такой последовательности для каждого типа команды и определяет функциональные требования к устройству управления процессора.

Устройство управления решает две основные задачи:

• Организация необходимой последовательности действий.

• Управление выполнением каждой микрооперации.

Средством, с помощью которого устройство управления решает эти задачи, являются управляющие сигналы.

Входной информацией для устройства управления служат:

Тактовые импульсы - с каждым тактовым импульсом УУ инициирует выполнение одной или нескольких микрооперации;

Код операции - код операции текущей команды поступает из регистра команды и используется, чтобы определить, какие микрооперации должны выполняться в течение машинного цикла;

Флаги - требуются устройству управления для оценки состояния ЦП и результата предшествующей операции, что необходимо для выполнения команд условного перехода;

Сигналы из системной шины - часть сигналов с системной шины, обеспечивающая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т.п.

УУ (или микропрограммный автомат) формирует:

Внутренние сигналы управления - сигналы воздействуют на внутренние схемы ЦП и вызывают перемещение данных из регистра в регистр, или инициируют определенные функции операционного устройства (АЛУ);

Сигналы в системную шину - управляющие сигналы в памяти или в устройства ввода-вывода.

Можно сказать, что устройство управления – это в некотором роде мотор, приводящий в действие все остальные узлы процессора. Оно выполняет свою работу, зная только, какую команду процессор должен выполнить и какими свойствами обладает результат предыдущей команды (т.е. является ли он положительным, равным нулю, возникло ли переполнение и т.п.). Устройство управления не имеет доступа к значениям обрабатываемых данных и полученных результатов.

Множество подходов к построению устройств управления процессоров делятся на две категории: на основе жесткой логики и на основе микропрограммирования.

Первый подход предполагает, что устройство управления строится как комбинационная логическая схема. Сигналы, подаваемые на вход такой схемы, преобразуются во множество выходных сигналов, которые и используются в процессоре в качестве управляющих.

В микропрограммном устройстве управления логика формирования управляющих сигналов реализована виде микрокоманд на специальном языке. Каждая микрокоманда соответствует определенной микрооперации, а их последовательность формируется на основании кода операции команды.

Вопросы для самоконтроля

1. Что отличает процессор от других цифровых устройств?

2. Из каких этапов складывается выполнение команды процессором?

3. Перечислите основные компоненты процессора?

4. Почему составляющие АЛУ называют операционные устройства?

5. Какие операционных устройства могут входить в АЛУ?

6. Какую роль играют регистры в выполнении машинной команды?

7. Как осуществляется выбор ОУ в процессе выполнения машинной команды?

8. Какие регистры могут быть задействованы в программе?

9. Какие команды изменяют содержимое счетчика команд?

10. Какие регистры необходимы для взаимодействия с памятью?

11. Где отображается информация о переполнении или делении на ноль?