От чего зависит разрядность памяти микропрограмм микропрограммного устройства управления

Обновлено: 04.07.2024

Принцип микропрограммного управления был предложен М. Уилксом в 1951 г и с того времени практически не претерпел никаких изменений. Согласно ему любое электронное устройство (начиная от самого современного микропроцессора и заканчивая электронными часами) может быть представлено в виде пары: устройство управления – операционное устройство, где на долю управляющего устройства приходится полный контроль работы операционного устройства (сюда входит анализ текущего состояния устройства, контроль параметров, принятие решений и т.д.). На долю операционного устройства приходится вся "грязная работа": непосредственно осуществление полученных команд и преобразование контролируемых величин (в том числе и своего состояния) в удобный для управляющего устройства вид. Подводный камень кроется в описании поведения управляющего устройства, собственно именно это и представляет наибольшую сложность (и наибольшие затраты на разработку и реализацию), по сравнению с которой любое сколь угодно сложное контролируемое устройство бледнеет; и именно разработка простых и эффективных устройств управления пожалуй является основным направлением схемотехники.

2. Организация устройств управления

Что ж, перейдем непосредственно к рассмотрению самих методов организации устройств управления. Самым старым, но как ни странно до сих пор актуальным, является организация управляющего устройства в виде конечного автомата, т.е. в виде устройства обладающего памятью, и результат работы которого зависит от его текущего состояния. Схематически пару управляющее устройство – операционное устройство можно представить следующим образом – рис. 5.1.

Рис.1. Пара управляющее устройство – операционное устройство

Как видно из рисунка, УУ (т.е. управляющее устройство) получает сигналы о текущем состоянии – вектор Х, и выдает управляющие сигналы – вектор У , переход из одного состояния в другое происходит по тактовым импульсам – Clock (т. е. схема является синхронной, что в общем-то необязательно). Операционный же автомат контролирует поведение чего-то, а может быть только себя с выдачей результатов работы, на основе полученных сигналов.

На текущий момент можно выделить три группы управляющих автоматов:

· автоматы с жесткой логикой, например Мили( Mealy ) и Мура ( Moor );

· автоматы с программируемой логикой (на сегодняшний день изжили себя как класс и могут рассматриваться лишь в историческом контексте): автоматы с принудительной адресацией, естественной адресацией и соответственно комбинированной;

· композиционные устройства управления – объединяют преимущества двух предыдущих типов устройств, однако они, на мой взгляд, так же уже не актуальны на сегодняшний день.

Пусть их применение не всегда целесообразно, однако можно с уверенностью сказать, что элемент управления выполненный в виде конечного автомата будет наиболее быстрым и наиболее экономичным (если, конечно не придется вводить для него новую микросхему) решением.

3. Устройство управления микропроцессора

Поговорим о других распространенных устройствах управления – микропроцессорах и микроконтроллерах, первые используются в стационарных решениях и там где требуется большая вычислительная мощность, вторые же используются в портативных маломощных (как по питанию так и по вычислительной мощности) решениях; причем последние обладают дополнительным специфическим набором функций (в зависимости от специализации). Типичную структурную схему устройства использующего вышеназванное решение можно увидеть на рис. 2.

Рис. 2. Типичная схема микропроцессорного устройства

Где ЦП – собственно процессорный элемент; ША, ШД, ШУ – шины адреса, данных, управления соответственно; ОЗУ – текущая память (обычно используется для хранения результатов работы); ПЗУ – обычно содержит набор команд определяющих работу ЦП; В/В 1 … В /В N – устройства вода вывода. При чем для микроконтроллера, эта схема будет несколько отличаться: так например память находится на одном кристалле с ЦП (а так же все прочие непоказанные устройства – контроллер памяти, портов ввода/вывода, прерываний и т.д.) устройства подключенные к портам ввода/вывода не могут самостоятельно управлять шиной и т.п.

Собственно программирование поведения микропроцессора (в дальнейшем МП)/микроконтроллера (в дальнейшем МК) выполняется записью необходимой информации в ПЗУ со стартового адреса. Собственно в этом и заключается еще одно отличие МК и МП – поведение МК практически полностью определяется содержимым его ПЗУ (в большинстве своем они в состоянии выполнять команды только из адресного пространства ПЗУ); МП же могут изменять свое поведение загружая различные программы в ОЗУ, что делает их более гибкими. Однако это нельзя поставить в недостаток МК, т.к. они по определению являются компактными устройствами и не могут иметь большой объем памяти. МК и МП выпускаются в большом количестве и разнообразии для всевозможных задач, что делает возможным подобрать устройство наиболее подходящее по параметрам и соответственно облегчить жизнь разработчику.

К положительным сторонам МК и МП можно отнести сравнительную простоту разработки решений на их базе – наличие большого числа стандартных схем сопровождения, простоту программирования, наличия специализированных программных продуктов для них, стандартность большинства решений (для проектирования большого числа проектов управляющая часть не понесет никаких изменений). К недостаткам можно отнести то, что даже при разработке минимальной схемы необходимо будет весь необходимый минимум микросхем – сателлит (различные контроллеры и т.д.).

Еще одна система управления появившаяся сравнительно недавно – управление с помощью ЭВМ.

Управляющее устройство имеет достаточно сре дств дл я того, чтобы после восприятия и интерпретации информации, получаемой в команде, обеспечить переключение (срабатывание) всех требуемых функциональных частей машины, а также для того, чтобы подвести к ним данные и воспринять полученные результаты. Именно срабатывание, т. е. изменение состояния двоичных логических элементов на противоположное, позволяет посредством коммутации вентилей выполнять элементарные логические и арифметические действия, а также передавать требуемые операнды в функциональные части микроЭВМ.

Устройство управления в строгой последовательности в рамках тактовых и цикловых временных интервалов работы микропроцессора (такт - минимальный рабочий интервал, в течение которого совершается одно элементарное действие; цикл - интервал времени, в течение которого выполняется одна машинная операция) осуществляет: выборку команды; интерпретацию ее с целью анализа формата, служебных признаков и вычисления адреса операнда (операндов); установление номенклатуры и временной последовательности всех функциональных управляющих сигналов; генерацию управляющих импульсов и передачу их на управляющие шины функциональных частей микроЭВМ и вентили между ними; анализ результата операции и изменение своего состояния так, чтобы определить месторасположение (адрес) следующей команды.

4. Особенности программного и микропрограммного управления

В микропроцессорах используют два метода выработки совокупности функциональных управляющих сигналов: программный и микропрограммный.

Выполнение операций в машине сводится к элементарным преобразованиям информации (передача информации между узлами в блоках, сдвиг информации в узлах, логические поразрядные операции, проверка условий и т.д.) в логических элементах, узлах и блоках под воздействием функциональных управляющих сигналов блоков (устройств) управления. Элементарные преобразования, неразложимые на более простые, выполняются в течение одного такта сигналов синхронизации и называются микрооперациями.

В аппаратных (схемных) устройствах управления каждой операции соответствует свой набор логических схем, вырабатывающих определенные функциональные сигналы для выполнения микроопераций в определенные моменты времени. При этом способе построения устройства управления реализация микроопераций достигается за счет однажды соединенных между собой логических схем, поэтому ЭВМ с аппаратным устройством управления называют ЭВМ с жесткой логикой управления. Это понятие относится к фиксации системы команд в структуре связей ЭВМ и означает практическую невозможность каких-либо изменений в системе команд ЭВМ после ее изготовления.

При микропрограммной реализации устройства управления в состав последнего вводится ЗУ, каждый разряд выходного кода которого определяет появление определенного функционального сигнала управления. Поэтому каждой микрооперации ставится в соответствие свой информационный код - микрокоманда. Набор микрокоманд и последовательность их реализации обеспечивают выполнение любой сложной операции. Набор микроопераций называют микропрограммами. Способ управления операциями путем последовательного считывания и интерпретации микрокоманд из ЗУ (наиболее часто в виде микропрограммного ЗУ используют быстродействующие программируемые логические матрицы), а также использования кодов микрокоманд для генерации функциональных управляющих сигналов называют микропрограммным, а микроЭВМ с таким способом управления - микропрограммными или с хранимой (гибкой) логикой управления.

К микропрограммам предъявляют требования функциональной полноты и минимальности. Первое требование необходимо для обеспечения возможности разработки микропрограмм любых машинных операций, а второе связано с желанием уменьшить объем используемого оборудования. Учет фактора быстродействия ведет к расширению микропрограмм, поскольку усложнение последних позволяет сократить время выполнения команд программы.

Преобразование информации выполняется в универсальном арифметико-логическом блоке микропроцессора. Он обычно строится на основе комбинационных логических схем.

Для ускорения выполнения определенных операций вводятся дополнительно специальные операционные узлы (например, циклические сдвигатели ). Кроме того, в состав микропроцессорного комплекта (МПК) БИС вводятся специализированные оперативные блоки арифметических расширителей.

Операционные возможности микропроцессора можно расширить за счет увеличения числа регистров. Если в регистровом буфере закрепление функций регистров отсутствует, то их можно использовать как для хранения данных, так и для хранения адресов. Подобные регистры микропроцессора называются регистрами общего назначения (РОН). По мере развития технологии реально осуществлено изготовление в микропроцессоре 16, 32 и более регистров.

2) для управления порядком следования микроопераций используются логические условия;
3) процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логических условий, называемого микропрограммой;
4) микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой определяются структура и порядок функционирования устройства во времени.

ПМУ обеспечивает гибкость микропроцессорной системы и позволяет осуществлять проблемную ориентацию микр о- и миниЭВМ .

Правильные ответы выделены зелёным цветом.
Все ответы: В лекциях рассматриваются схемотехнические основы ЭВМ. Представлены основные устройства ЭВМ. Рассматривается взаимодействие устройств ЭВМ при автоматическом выполнении программы. Описана работа мультипрограммной ЭВМ.

Какое состояние имеет выход 7 трехвходового дешифратора с инверсными выходами, если состояние его входов равно 101 ?

(3) информации для определения состояния данного выхода недостаточно

С каким этапом совмещается этап формирования адреса следующей команды?

Какие преимущества обеспечивает конвейерный принцип обработки информации (при идеальном конвейере)?

(3) повышение скорости загрузки блоков микропроцессора

(4) уменьшение количества обращений к оперативной памяти

Что характерно для мультипрограммного режима работы ЭВМ?

(1) возможность перехода от выполнения одной задачи к другой

(2) в памяти ЭВМ одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач

(3) ЭВМ содержит несколько процессоров, на которых возможно параллельное выполнение нескольких задач

(4) взаимная защита программ и данных, относящихся к различным задачам

Укажите основные режимы работы мультипрограммной ЭВМ.

Чем отличается обработка прерывания от выполнения подпрограммы?

(1) при вызове обработчика прерывания адрес возврата в основную программу определяют аппаратные средства микропроцессора, а при обращении к подпрограмме адрес возврата указывает программист

(2) вызов обработчика прерывания связан с необходимостью реакции системы на особую ситуацию, сложившуюся при выполнении программы, или на сигнал от внешнего устройства, а вызов подпрограммы запланирован программистом в программе

(3) вызов обработчика прерывания данного типа может быть осуществлен не более одного раза за время выполнения одной программы, а вызов подпрограммы может осуществляться многократно

Какая часть программного обеспечения всегда располагается в оперативной памяти?

Какой принцип логической организации памяти используется в персональной ЭВМ?

Какие действия должны предотвращаться средствами защиты памяти?

(1) неразрешенное взаимодействие пользователей друг с другом

(2) несанкционированный доступ пользователей к данным

(3) обращение к информации, которая в данный момент отсутствует в оперативной памяти

(4) использование информации в памяти не в соответствии с ее функциональным назначением

(5) повреждение программ и данных из-за ошибок в программах

(6) обращение к программам с более высоким уровнем привилегий

Что из перечисленного не входит в понятие интерфейса?

Какое состояние имеет трехразрядный суммирующий счетчик, предварительно сброшенный в "0", после поступления на его счетный вход 10-ти сигналов?

Какова минимальная адресуемая ячейка памяти в современных ЭВМ?

Какую длину может иметь непосредственный операнд в 16-разрядном микропроцессоре?

Представьте следующую команду в машинном виде минимальной длины (при ответе на этот вопрос можно пользоваться таблицами кодирования команд и режимов адресации): ADD CL, 12h

Определить смещение, которое должно быть указано в команде короткого внутрисегментного перехода, расположенной по адресу (IP)=243Ch и осуществляющей переход на команду по адресу 24C3h .

Почему арифметические команды формата "память-регистр" выполняются дольше, чем команды формата "регистр-память" при одинаковом режиме адресации памяти?

(1) больше времени требуется на считывание операндов

(2) команда имеет большую длину, поэтому больше времени требуется на ее считывание

(3) запись результата в память требует больше времени, чем запись результата в регистр

Какое состояние входов является запрещенным для запоминающей ячейки, реализованной на элементах "И-НЕ"?

На каком этапе происходит запись результата операции по адресу приемника результата?

Чем определяется длительность такта работы микропроцессора при конвейерной обработке информации?

(1) длительностью самого длинного этапа выполнения команды при последовательной обработке

(2) имеющимися на данный момент технологическими возможностями производства микропроцессорных БИС

(3) длительностью самого короткого этапа выполнения команды при последовательной обработке

Какое из соотношений между последовательностями состояний процесса является верным?

(1) порождение всегда предшествует активному состоянию

(2) готовность всегда предшествует активному состоянию

(4) активное состояние всегда предшествует окончанию

На основе какой одноочередной дисциплины распределения ресурсов обычно строятся многоочередные дисциплины?

Какие из действий по обработке прерывания выполняются процессором автоматически?

(2) формирование адреса программы – обработчика прерывания

(4) определение адреса возврата в прерванную программу

Каковы особенности статического распределения памяти?

(1) вся необходимая оперативная память выделяется процессу в момент его порождения

(2) процессу может выделяться оперативная память в размерах, превышающих физически существующую память

(3) выделение памяти единым блоком необходимой длины

(4) возникновение свободных участков памяти, которые невозможно без предварительного преобразования использовать для вычислительного процесса, вследствие наличия программ различной длины

Каковы основные недостатки метода граничных регистров?

(2) метод поддерживает работу лишь с областями памяти фиксированной длины

(3) метод поддерживает работу лишь с непрерывными областями памяти

Какие задачи возлагаются на интерфейсные схемы устройств ввода-вывода?

(1) обеспечение функциональной и электрической совместимости сигналов и протоколов обмена модуля и системной магистрали

(2) преобразование внутреннего формата данных модуля в формат данных системной магистрали и обратно

(3) обеспечение восприятия единых команд обмена информацией и преобразование их в последовательность внутренних управляющих сигналов

(4) изменение разрядности шины данных системной магистрали в зависимости от внутреннего формата устройства ввода-вывода

От чего зависит время задержки асинхронного счетчика?

(2) от времени задержки триггеров, составляющих счетчик

(3) от величины периода сигнала, поступающего на счетный вход счетчика

(4) от длительности высокого уровня сигнала, поступающего на счетный вход счетчика

Какие функции должен выполнять регистр множимого RGX в АЛУ, выполняющем операцию умножения чисел, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя?

Как называется совокупность микрокоманд, предназначенная для выполнения некоторой функционально законченной последовательности действий?

Чем определяется быстродействие запоминающего устройства при записи информации?

(1) временем, затрачиваемым на поиск нужной информации в памяти

(2) временем, затрачиваемым на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения информации

Какой из сегментных регистров используется по умолчанию при формировании физического адреса операндов, находящихся в оперативной памяти, при режимах адресации, не использующих для формирования эффективного адреса регистр BP ?

Представьте следующую команду в машинном виде минимальной длины (при ответе на этот вопрос можно пользоваться таблицами кодирования команд и режимов адресации): SUB [SI+12h], DX

Определите адрес команды, которая будет выполняться после команды перехода 7007h , расположенной по адресу (IP)=FFFDh , при следующих значениях флагов: ZF = 1 , SF = 0 , CF = 0 , OF = 1 .

В каком случае команда условного перехода выполняется дольше?

(3) в любом случае время выполнения команды одинаково

При каком значении синхросигнала переключается динамический триггер?

Сколько сегментных регистров содержит микропроцессор с архитектурой IA-32?

Какова длительность выполнения 20 команд в идеальном 5-ступенчатом конвейере при длительности такта 10 нс?

Как в общем случае изменяется время выполнения программы при увеличении коэффициента мультипрограммирования?

Какая из модификаций многоочередной дисциплины распределения ресурсов предназначена для того, чтобы устранить недопустимо большое время выполнения длинных запросов?

(1) система со статическим указанием приоритетов программ

(2) обслуживание программ с абсолютными приоритетами

(3) система с динамическим изменением приоритетов программ

Какими средствами можно запретить все аппаратные маскируемые прерывания?

(1) с помощью сброса флага разрешения в таблице векторов прерываний

(2) с помощью сброса флага разрешения прерываний в регистре флагов микропроцессора

(3) с помощью регистра маски в контроллере приоритетных прерываний

Как преобразуется смещение в странице при переводе виртуальных адресов в физические?

(1) умножается на n , где n – определяется размером страницы ( V=2 n )

(2) смещение в физической странице есть сумма по модулю 2 смещения в виртуальной странице и величины n , где n – определяется размером страницы ( V=2 n )

Какое минимальное количество обращений к оперативной памяти выполняется в персональной ЭВМ при вычислении физического адреса в сегментно-страничном адресном пространстве без использования средств сокращения времени преобразования?

Какие проверки выполняются в персональной ЭВМ средствами защиты при управлении памятью?

(2) возможность программы выполнять некоторые команды

(3) проверка прав доступа к сегменту на запись или только на чтение

В каких случаях программно-управляемый обмен между памятью и устройством ввода-вывода эффективнее обмена в режиме прямого доступа к памяти?

(2) в случаях, когда быстродействие процессора намного больше быстродействия оперативной памяти

(3) в случаях, когда быстродействие процессора намного больше быстродействия устройства ввода-вывода

Какие типы триггеров можно использовать для построения регистра хранения?

Какой сигнал необходимо подавать на вход С₀ сумматора в АЛУ, выполняющем операцию умножения чисел, заданных в обратном коде?

Какие блоки входят в состав схемного устройства управления?

Сколько БИС с организацией 1К слов по 1 разряд потребуется для построения ЗУ с организацией 4К слов по 4 разряда?

Значения каких регистров изменяются при выполнении команд условных переходов?

Представьте следующую команду в машинном виде минимальной длины (при ответе на этот вопрос можно пользоваться таблицами кодирования команд и режимов адресации): ADD AX, 1234h

Представьте в символическом виде команду, имеющую следующий машинный код (при ответе на этот вопрос можно пользоваться таблицами кодирования команд и режимов адресации): 2В871234h

Какое количество тактов будет выполняться следующая команда ES: SUB [123h], DX Операнды в памяти выровнены по границе слова. При ответе на этот вопрос можно пользоваться таблицами времени выполнения команд и времени вычисления эффективного адреса

При каком состоянии входов запоминающая ячейка, реализованная на элементах "И-НЕ", не изменит своего состояния?

Какие из блоков, входящих в состав 32-разрядного микропроцессора, отсутствовали в структуре 16-разрядного микропроцессора?

(1) максимально возможным на данном уровне технологии количеством ступеней

(1) это время между порождением и окончанием процесса

(2) это время между порождением и окончанием процесса за вычетом времени ожидания

(3) это время между порождением и окончанием процесса за вычетом времени ожидания и готовности

Для каких целей в мультипрограммной ЭВМ используется алгоритм планирования Корбато?

(1) для выбора времени кванта, на который ресурс предоставляется программе

(2) для определения номера очереди, в которую помещается новая программа при многоочередной дисциплине распределения ресурсов

(1) номер, присваиваемый каждому из прерываний для определения адреса обработчика прерывания

(2) адрес обработчика прерывания от данного источника

(3) номер, присваиваемый каждому из прерывания для определения его приоритета

Почему концепция виртуальной памяти базируется на ее страничном разбиении?

(1) страницы имеют меньший объем, по сравнению с программой, что позволяет проводить более плотную упаковку оперативной памяти

(2) страницы используются программистом при написании программы, поэтому могут быть легко интерпретированы средства управления памяти для организации виртуальной памяти

(3) при страничном разбиении памяти объемы физической и виртуальной страниц совпадают, что позволяет заменять страницу оперативной памяти новой страницей из внешней памяти без возникновения проблем фрагментации памяти

(4) страницы имеют меньший объем по сравнению с сегментами

Как определяется номер виртуальной страницы при сегментно-страничном преобразовании адреса?

(2) содержится в старших разрядах линейного адреса, полученного после сегментного преобразования

Каковы основные механизмы защиты памяти в персональной ЭВМ?

Как организуется параллельная во времени работа процессора над вычислительной частью программы и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода?

(2) за счет использования контроллеров устройств ввода-вывода

(4) за счет конвейерной организации работы микропроцессора

(1) счетчик, состояние которого уменьшается на "1" при каждом поступлении сигнала на счетный вход

(2) счетчик, состояние которого может как увеличиваться, так и уменьшаться на "1" в зависимости от того, на какой счетный вход поступает сигнал

(3) счетчик, который имеет асинхронный вход сброса в "0"

Какие функции должен выполнять регистр множителя RGY в АЛУ, выполняющем операцию умножения чисел, заданных в прямом коде, с младших разрядов множителя?

Какие схемные решения используются при построении датчика сигналов?

Чем определяется время обращения к регистровой памяти?

Какую длину имеет непосредственный операнд в 16-разрядном микропроцессоре при значении признака w=1 ?

Представьте следующую команду в машинном виде минимальной длины (при ответе на этот вопрос можно пользоваться таблицами кодирования команд и режимов адресации): SUB [DI+12h], DX

Определите адрес команды, которая будет выполняться после команды перехода 7808h , расположенной по адресу (IP)=FFFDh , при следующих значениях флагов: ZF = 1 , SF = 0 , CF = 0 , OF = 1 .

Для сокращения времени выполнения программы, имеющей циклические участки, требуется

(1) организовать выполнение обработки информации по месту нахождения операндов, использующихся на циклическом участке

(2) максимально сократить время выполнения участка программы с начальными установками цикла

(3) обработку информации на циклических участках проводить, по возможности, в регистровой памяти микропроцессора

Содержимое каких регистров меняется при формировании адреса следующей команды в персональной ЭВМ при отсутствии команд перехода?

Как называются конфликты в конвейере, возникающие при конвейеризации команд переходов?

Чем характеризуется мультипрограммный режим работы ЭВМ?

(1) возможность перехода от выполнения одной задачи к другой

(2) в памяти ЭВМ одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач

(3) ЭВМ содержит несколько процессоров, на которых возможно параллельное выполнение нескольких задач

(4) взаимная защита программ и данных, относящихся к различным задачам

В какой из одноочередных дисциплин распределения ресурсов время нахождения в очереди длинных и коротких запросов зависит только от момента их поступления?

Чем отличается обработка прерывания от выполнения подпрограммы?

(2) вызов обработчика прерывания связан с необходимостью реакции системы на особую ситуацию, сложившейся при выполнении программы, или на сигнал от внешнего устройства, а вызов подпрограммы запланирован программистом в программе

Каковы основные требования пользователей к распределению памяти?

(1) получение оперативной памяти в размерах, превышающих физически существующую

(2) увеличение степени использования оперативной памяти при параллельном развитии нескольких процессов в мультипрограммном режиме

(3) обеспечение быстрого выполнения коротких программ

(4) легкость и простота взаимодействия между программами при использовании общих процедур

Компьютер условно можно разделить на два основных блока: операционный и управляющий. Для реализации любой команды необходимо на соответствующие управляющие входы любого устройства компьютера подать определенным образом распределенную во времени последовательность управляющих сигналов. Часть цифрового вычислительного устройства, предназначенная для выработки этой последовательности, называется устройством управления .

Любое действие, выполняемое в операционном блоке, описывается некоторой микропрограммой и реализуется за один или несколько тактов. Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией [7]. Например, в спроектированном АЛУ для умножения чисел в первом такте выполняются следующие микрооперации : TX=0 , TY=0 , RGX=|X| , RGY=|Y| , RGZ=0 . Совокупность микроопераций , выполняемых в одном такте, называется микрокомандой (МК). Если все такты должны иметь одну и ту же длину, а именно это имеет место при работе компьютера, то она устанавливается по самой продолжительной микрооперации . Микрокоманды , предназначенные для выполнения некоторой функционально законченной последовательности действий, образуют микропрограмму . Например, микропрограмму образует набор микрокоманд для выполнения команды умножения.

Устройство управления предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых происходит преобразование информации в арифметико-логическом устройстве, а также операции по записи и чтению информации в/из запоминающего устройства.

Устройства управления делятся на:

УУ с жесткой, или схемной логикой и
УУ с программируемой логикой ( микропрограммные УУ ).

В устройствах управления первого типа для каждой команды, задаваемой кодом операции , строится набор комбинационных схем , которые в нужных тактах вырабатывают необходимые управляющие сигналы.

В микропрограммных УУ каждой команде ставится в соответствие совокупность хранимых в специальной памяти слов - микрокоманд . Каждая из микрокоманд содержит информацию о микрооперациях , подлежащих выполнению в данном такте, и указание, какое слово должно быть выбрано из памяти в следующем такте.

Схемное устройство управления

Устройство управления схемного типа (рис. 4.1) состоит из:

датчика сигналов , вырабатывающего последовательность импульсов, равномерно распределенную во времени по своим шинам ( рис. 4.2) ( n - общее количество управляющих сигналов, необходимых для выполнения любой операции; m - количество тактов, за которое выполняется самая длинная операция);
блока управления операциями, осуществляющего выработку управляющих сигналов, то есть коммутацию сигналов, поступающих с ДС, в соответствующем такте на нужную управляющую шину;
дешифратора кода операций, который дешифрирует код операции команды, присутствующей в данный момент в регистре команд , и возбуждает одну шину, соответствующую данной операции; этот сигнал используется блоком управления операциями для выработки нужной последовательности управляющих сигналов.

Рис. 4.1. Функциональная схема схемного устройства управления
Рис. 4.2. Временная диаграмма работы датчика сигналов

Датчик сигналов обычно реализуется на основе счетчика с дешифратором или на сдвиговом регистре .

Датчик сигналов на основе счетчика с дешифратором

Реализация датчика сигналов на основе счетчика с дешифратором представлена на рис. 4.3. По заднему фронту каждого тактового импульса, поступающего на устройство управления с системного генератора импульсов , счетчик увеличивает свое состояние; выходы счетчика соединены со входами дешифратора, выходы которого и являются выходами датчика сигналов (рис. 4.4).

Управляющее устройство имеет достаточно средств для того, чтобы после восприятия и интерпретации информации, получаемой в команде, обеспечить переключение (срабатывание) всех требуемых функциональных частей машины, а также для того, чтобы подвести к ним данные и воспринять полученные результаты. Именно срабатывание, т. е. изменение состояния двоичных логических элементов на противоположное, позволяет посредством коммутации вентилей выполнять элементарные логические и арифметические действия, а также передавать требуемые операнды в функциональные части микроЭВМ.

Особенности программного и микропрограммного управления

Для ускорения выполнения определенных операций вводятся дополнительно специальные операционные узлы (например, циклические сдвигатели). Кроме того, в состав микропроцессорного комплекта (МПК) БИС вводятся специализированные оперативные блоки арифметических расширителей.

В целом же, принцип микропрограммного управления (ПМУ) включает следующие позиции:
1) любая операция, реализуемая устройством, является последовательностью элементарных действий - микроопераций;
2) для управления порядком следования микроопераций используются логические условия;
3) процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логических условий, называемого микропрограммой;
4) микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой определяются структура и порядок функционирования устройства во времени.

Читайте также: