При реализации МПА с «мягкой» логикой управления используется типовая структура автомата с блоком памяти микропрограмм, который, как и основная память, имеет линейно-адресную организацию. До появления технологии СБИС МПА с «мягкой» логикой управления имели преимущественное распространение. В основном это было связано с тем, что при ограниченных возможностях технологии производства ИС и средств автоматизации проектирования МПА с «мягкой» логикой управления позволяли эффективно использовать блоки памяти с регулярной структурой для хранения микропрограмм команд проектируемой системы. Читать полностью »
МПА с «жесткой» логикой управления представляется в виде конечного автомата (в сложных случаях используется сеть конечных автоматов). Алгоритм команды в МП с подобным МПА задан жестко соединениями схемы, поэтому список операций (система команд) МП является неизменным, и это не позволяет вносить какие-либо изменения в систему команд МП после его изготовления. Основным достоинством МПА с «жесткой» логикой управления является его высокое быстродействие. Такие устройства управления используются в большинстве однокристальных МП, отличительной характеристикой которых является то, что все элементы структуры МП выполнены на одном кристалле.
Элементарное действие, выполняемое в одном из узлов ОБ в течение одного такта, называется микрооперацией, В некоторые такты в различных узлах ОБ (регистрах, мультиплексорах, счетчиках и др.) одновременно могут выполняться несколько микроопераций. Настройка ОБ на выполнение одной из возможных микроопераций осуществляется с помощью сигналов, поступающих на его управляющие входы. Набор этих сигналов (вектор сигналов управления) вырабатывается БФУС. Совокупность одновременно выполняемых микроопераций соответствует микрокоманде. Команда в общем случае состоит из нескольких простейших действий и обычно выполняется за несколько тактов, т. е. требует для своего выполнения нескольких микрокоманд. Последовательность микрокоманд, обеспечивающая выполнение команды, называется микропрограммой команды.
Читать полностью »
При описании функций, реализуемых блоками МП, последние могут быть представлены как конечные автоматы (с памятью или без памяти) либо как группы взаимосвязанных конечных автоматов. Автоматы с памятью — синхронные. Их работа синхронизирована тактовыми импульсами. Частота этих импульсов (тактовая частота) характеризует быстродействие МП. Каждый блок за один такт может выполнить простейшую операцию. Для регистра — это запись кода или выдача хранимого кода на выходы. Для счетчика — запись кода в счетчик, прибавление или вычитание единицы, выдача хранимого кода. Для мультиплексора — передача на выход сигнала с входа, определяемого управляющим кодом. Для АЛУ — одна из простейших операций, которая выполняется на уровне регистровых передач: сложение, вычитание, сдвиг, реализация одной из поразрядных логических операций.
Выполнение любой команды реализуется как последовательность трех фаз: выборка, декодирование и выполнение. Фаза выборки обеспечивает считывание очередной команды из памяти и пересылку ее в МП. Адрес считываемой команды определяется содержимым программного счетчика PC. Любая команда, всегда содержит всю необходимую информацию о выполняемой операции и об ее операндах. Для указания этой информации команды МП имеют определенную структуру, называемую форматом или структурой команды. Форматы команд у различных типов МП в деталях отличаются. Общим является то, что структура команды состоит из двух частей: кода операции и адресной части. Код операции однозначно определяет тип выполняемой операции. Читать полностью »
Блок управления состоит из регистра команд (РгК), дешифратора команд (ДшК) и блока формирования управляющих сигналов (БФУС). Управляющие сигналы с выходов БФУС поступают на управляющие входы других блоков МП, настраивая их на выполнение определенных микроопераций. В состав блока управления также включают программно доступные счетчик команд PC (Program Counter) и указатель стека SP (Stack Pointer). Большинство элементов этого блока, кроме счетчика PC и указателя стека SP, являются программно недоступными. Счетчик PC (его другое название Instruction Pointer — указатель команд IP) предназначен для адресации команд программы. Читать полностью »
В большинстве случаев признаки результата используются для программного управления последовательностями выполняемых команд при разветвлениях и циклах. Среди РОН часто выделяют регистры, используемые в качестве базовых и индексных регистров. В ряде способов адресации содержимое указанных регистров участвует в формировании исполнительных адресов операндов в памяти.
Блок управления. В процессе выполнения программы блок управления координирует работу всех блоков МП и микропроцессорной системы в целом. С помощью блока управления формируются управляющие сигналы, необходимые для организации обмена информацией с внешними устройствами, и обеспечивается выборка команд программы из памяти. В целом блок управления выполняет следующие действия:
Читать полностью »
|
Ноя
17 |
Рубрика: АЛУ. Автор: admin
|
Операции над словами с повышенной разрядностью реализуются путем программно последовательной обработки отдельных частей многоразрядных слов. Для обеспечения возможности обработки данных с разрядностью, превышающей разрядность АЛУ и регистров, в структуре ОБ, предусмотрены два дополнительных триггера: Tr1 и Тг2. С их помощью осуществляется запоминание сигналов арифметического переноса из АЛУ и выходного бита переноса регистра сдвига. Например, с помощью 8-разрядного МП сравнительно просто осуществляется арифметическая обработка 24-разрядных слов. Для этого выполняют три цикла обработки 8-разрядных частей этих слов.
Признаки операций АЛУ (флаги), характеризующие результаты вычислений, запоминаются в одноименных флагах регистра признаков. Типичными признаками являются: нулевой результат, наличие переноса, переполнение, четность, знак и некоторые другие.
Читать полностью »
Функциональные возможности ОБ, содержащего аккумулятор, достаточно широки. С его помощью можно реализовать различные операции. Рассмотрим основные микрооперации, с использованием которых реализуется выполнение операций (команд). Содержимое любого РОН или ячейки памяти по внутренней шине данных может быть передано через аккумулятор в буферный регистр или напрямую в регистр-сдвигатель. АЛУ обеспечивает выполнение арифметических и логических операций над содержимым регистра-сдвигателя и буферного регистра с записью результата в аккумулятор, а признаков — в регистр признаков. Читать полностью »
|
Ноя
14 |
Рубрика: Регистры. Автор: admin
|
В большинстве ранних моделей МП один из общих регистров выделялся в качестве главного регистра. Наделение главного регистра, называемого аккумулятором, или регистром результата, особыми функциями позволяло реализовать ОБ в виде одноадресного устройства. В таком ОБ один из исходных операндов арифметических и логических операций обязательно должен размещаться в аккумуляторе и в него же помещается результат. Другой операнд названных операций может находиться в памяти или РОН. Входные данные поступают в аккумулятор с внутренней шины МП, а аккумулятор, в свою очередь, может посылать данные на эту шину.
Число, назначение и разрядность регистров блока РОН в различных МП могут существенно отличаться. В использовании РОН имеются два крайних подхода. При первом подходе, реализуемом в МП компании Motorola, почти все регистры МП выполняют абсолютно одинаковые функции, т.е. являются универсальными и взаимозаменяемыми. При втором подходе, характерном для МП компании Intel, многие регистры наряду с возможностью использования в качестве универсальных в некоторых командах могут выполнять специфические функции, закрепленные за этими регистрами. Специализация регистров при выполнении наиболее часто используемых операций позволяет в соответствующих командах не указывать их адреса, что обеспечивает уменьшение необходимой для управления информации и более компактное кодирование команд. Читать полностью »
Кроме универсального АЛУ МП может содержать одно или несколько специализированных АЛУ. В качестве последних обычно используют блоки аппаратного умножения и деления, а также блоки для выполнения операций с плавающей точкой. Наличие специализированных АЛУ естественно увеличивает сложность СБИС МП, но за счет выполнения дополнительных операций на уровне регистровых передач производительность МП повышается.
Важной составляющей ОБ современных МП является блок внутренней памяти, реализованный в виде набора программно доступных регистров, называемых регистрами общего назначения (РОН). Время обращения к РОН меньше, чем к любым другим устройствам памяти, поэтому память на РОН называется сверхоперативной, а устройство, в виде которого она реализована, — сверхоперативным запоминающим устройством (СОЗУ). Число РОН в МП невелико (6—16), тем не менее их наличие существенно ускоряет выполнение операций. Читать полностью »
В самом общем случае функциональную схему МП можно представить в виде композиции трех функциональных блоков: операционного блока (ОБ), блока управления и интерфейсного блока. Кроме них в состав микропроцессора могут входить и некоторые другие блоки, участвующие в организации вычислительного процесса, например, блок прерывания, блок защиты памяти, блоки контроля, диагностики и др.
Операционный блок. Предназначен для выполнения некоторого функционально полного набора логических и арифметических операций. Как правило, в его состав входят АЛУ (арифметико-логическое устройство), буферные регистры операндов, регистр результата (аккумулятор), регистр признаков и блок регистров общего назначения (РОН). Комбинационная схема, являющаяся основой АЛУ, содержит двоичный сумматор и набор логических схем. В АЛУ выполняются несколько простейших арифметических (сложение, вычитание) и поразрядных логических (И, ИЛИ, НЕ и др.) операций. Читать полностью »
Основными достоинствами МП(микропроцессора), как одного из наиболее массовых типов средств вычислительной техники, являются программируемость, дешевизна, малые габариты и вес, надежность, простота эксплуатации. Появление МП сыграло революционную роль в автоматике и вычислительной технике, послужив мощным ускорителем развития средств и систем управления и контроля. С созданием МП впервые появилась возможность применять вычислительные устройства в таких областях, где раньше это казалось неэффективным либо просто невозможным. Читать полностью »
Процессором называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки цифровой информации в вычислительной машине (ВМ) и программное управление этим процессом. Процессор занимает центральное место в структуре ВМ. С его помощью осуществляется управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ВМ. Процессор считывает и выполняет команды программы, организует обращение к оперативной памяти, в нужных случаях инициирует работу периферийных устройств, воспринимает и обслуживает запросы прерываний, поступающие из устройств ВМ и извне.
Читать полностью »
|
|