Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Микропрограммные устройства управления, микропрограммный автомат с программируемой логикой, пример синтеза

Принципиально иной подход, позволяющий преодолеть сложность УУ с жесткой логикой, был предложен британским ученым М. Уилксом в начале 50-х годов [224]. В основе идеи лежит тот факт, что для инициирования любой микрооперации достаточно сформировать соответствующий СУ на соответствующей линии уп­равления, то есть перевести такую линию в активное состояние. Это может быть представлено с помощью двоичных цифр 1 (активное состояние — есть СУ) и Я (пассивное состояние — нет СУ). Для указания микроопераций, выполняемых в данном такте, можно сформировать управляющее слово, в котором каждый бит соответствует одной управляющей линии. Такое управляющее слово называют микрокомандой (МК). Таким образом, микрокоманда может быть представлена управляющим словом со своей комбинацией нулей и единиц. Последовательность' микрокоманд, реализующих определенный этап машинного цикла, образует мик­ропрограмму. В терминологии на английском языке микропрограмму часто назы­вают firmware, подчеркивая тот факт, что это нечто среднее между аппаратурой (hardware) и программным обеспечением (software). Микропрограммы для каж­дой команды ВМ и для каждого этапа цикла команды размещаются в специальном ЗУ, называемом памятью микропрограмм (ПМК). Процесс формирования СУ можно реализовать, последовательно (с каждым тактовым импульсом) извлекая микрокоманды микропрограммы из памяти и интерпретируя содержащуюся в них информацию о сигналах управления.

Идея заинтересовала многих конструкторов ВМ, но была нереализуема, по­скольку требовала использования быстрой памяти относительно большой емкости. Вновь вернулись к ней в 1964 году, в ходе создания системы IBM 360. С тех пор устройства управления с программируемой логикой стали чрезвычайно популяр­ными и были встроены во многие ВМ. В этой связи следует упомянуть запатенто­ванный академиком В. М. Глушковым принцип ступенчатого микропрограммиро­вания, который он впервые реализовал в машине «Проминъ».

Принцип управления по хранимой в памяти микропрограмме

Отличительной особенностью микропрограммного автомата с программируемой логикой является хранение микрокоманд в виде кодов в специализированном за­поминающем устройстве — памяти микропрограмм. Каждой команде ВМ в этом ЗУ в явной форме соответствует микропрограмма, поэтому часто устройства уп­равления, в состав которых входит микропрограммный автомат с программируе­мой логикой, называют микропрограммными.

Типичная структура микропрограммного автомата представлена на рис. 6.8. В составе узла присутствуют: память микропрограмм (ПМП), регистр адреса мик­рокоманды (РАМ), регистр микрокоманды (РМК), дешифратор микрокоманд (ДшМК), преобразователь кода операции, формирователь адреса следующей мик­рокоманды (ФАСМ), формирователь синхроимпульсов (ФСИ).

Запуск микропрограммы выполнения операции осуществляется путем передачи кода операции из РК на вход преобразователя, в котором код операции преобразуется в начальный (первый) адрес микропрограммы Ан. Этот адрес поступает через ФАСМ в регистр адреса микрокоманды. Выбранная по адресу Ан из ПМП микрокоманда заносится в РМК. Каждая микрокоманда в общем случае содержит микрооперационную (МО) и адресную (А) части. Микрооперационная часть микрокоманды поступает на дешифратор микрокоманды, на выходе которого образуются управляющие сигналы Сi, инициирующие выполнение микроопераций в исполнительных устройствах и узлах ВМ, Адресная часть микрокоманды подается ФАСМ, где формируется адрес следующей микрокоманды Амк, Этот адрес может зависеть от адреса на выходе преобразователя кода операции Ан, адресной части текущей микрокоманды А и значений осведомительных сигналов (флагов) X, поступающих от исполнительных устройств. Сформированный адрес микрокоманды снова записывается в РАМ, и процесс повторяется до окончания микропрограммы.

где NMK — общее количество микрокоманд; Nсу — общее количество формируемых сигналов управления.

В свою очередь, необходимая емкость памяти микропрограмм равна

Разрядность адресной (RA) и микрооперационной (Rмо) частей микрокоманды определяются из соотношений

Кодирование микрокоманд

Информация о том, какие сигналы управления должны быть сформированы в процессе выполнения текущей МК, в закодированном виде содержится в микрооперационной части (МО) микрокоманды. Способ кодирования микроопераций во многом определяет сложность аппаратных средств устройства управления и его скоростные характеристики. Применяемые в микрокомандах варианты кодирования сигналов управления можно свести к трем группам; минимальное кодирование (горизонтальное микропрограммирование), максимальное кодирование (вертикальное микропрограммирование) и групповое кодирование (смешанное микропрограммирование).

14. Принцип управления по хранимой в памяти микропрограмме, кодирование микрокоманд: минимальное, максимальное, максимальное с шифратором, горизонтально-вертикальное и вертикально-горизонтальное кодирование.

Устройство управления (УУ) вычислительной машины реализует функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Процесс выполнения программы в ВМ представляет собой последовательность машинных циклов. Детализируем основные целевые функции, реализуемые устройством управления в ходе типового машинного цикла [25]. Для простоты примем, что ВМ обеспечивает одноадресную систему команд. При этом, в частности, полагается, что до начала выполнения двухоперандной арифметической команды второй операнд уже находится в процессоре. Первым этапом в машинном цикле является выборка команды из памяти (этап ВК). Целевую функцию этого этапа будем обозначать как ЦФ-ВК. За выборкой команды следует этап декодирования ее операционной части (кода операции). Для простоты пока будем рассматривать этот этап в качестве составной части этапа ВК. Вторая целевая функция — формирование адреса следующей команды. На это выделяется специальный такт работы — этап ФАСК, которому соответствует целевая функция ЦФ-ФАСК. Далее следует этап формирования исполнительного адреса операнда или адреса перехода (этап ФИА), на котором УУ реализует функцию ЦФ-ФИА. Функция имеет столько модификаций, сколько способов адресации (СА) предусмотрено в системе команд ВМ. На четвертом этапе реализуется целевая функция выборки операнда (ЦФ-ВО) из памяти по исполнительному адресу, сформированному на предыдущем этапе. Наконец, на последнем этапе машинного цикла действия задаются целевой функцией исполнения операции — ЦФ-ИО. Очевидно, что количество модификаций ЦФ-ИО равно количеству операций, имеющихся в системе команд ВМ.

В основе идеи лежит тот факт, что для инициирования любой микрооперации достаточно сформировать соответствующий сигнал управления (СУ) на соответствующей линии управления, то есть перевести такую линию в активное состояние. Это может быть представлено с помощью двоичных цифр 1 (активное состояние — есть СУ) и О (пассивное состояние — нет СУ). Для указания микроопераций, выполняемых в данном такте, можно сформировать управляющее слово, в котором каждый бит соответствует одной управляющей линии. Такое управляющее слово называют микрокомандой (МК). Таким образом, микрокоманда может быть представлена управляющим словом со своей комбинацией нулей и единиц. Последовательность микрокоманд, реализующих определенный этап машинного цикла, образует микропрограмму. В терминологии на английском языке микропрограмму часто называют firmware, подчеркивая тот факт, что это нечто среднее между аппаратурой (hardware) и программным обеспечением (software). Микропрограммы для каждой команды ВМ и для каждого этапа цикла команды размещаются в специальном ЗУ, называемом памятью микропрограмм (ПМК). Процесс формирования СУ можно реализовать, последовательно (с каждым тактовым импульсом) извлекая микрокоманды микропрограммы из памяти и интерпретируя содержащуюся в них информацию о сигналах управления. Идея заинтересовала многих конструкторов ВМ, но была нереализуема, поскольку требовала использования быстрой памяти относительно большой емкости. Вновь вернулись к ней в 1964 году, в ходе создания системы IBM 360. С тех пор устройства управления с программируемой логикой стали чрезвычайно популярными и были встроены во многие ВМ. В этой связи следует упомянуть запатентованный академиком В. М. Глушковым принцип ступенчатого микропрограммирования, который он впервые реализовал в машине ｫПроминьｻ.

15. Типы памяти, методы регенерации памяти, блочная организация основной памяти, схемы распределения разрядов адреса. Пример структур памяти.

16. Организация микросхем памяти, организация интегральных микросхем памяти, организация записи и считывания информации в память.

17. Организация ассоциативной памяти и ассоциативных запоминающих устройств, понятие ассоциативного признака, тэга и ярлыка, организация кэш-памяти.

18. Прямое отображение кэш-памяти и полностью ассоциативного отображения.

19. Прямой доступ к памяти, понятие контроллера прямого дос­тупа к памяти, организация прямого доступа к памяти.

20. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), понятие ПЗУ, типы ПЗУ и способы записи информации в них.