EVM (ЭВМ), страница 2

Етап 3. На основі сформованих на попередньому етапі адресів з пам’яті або, як виключення, з РЗП достається операнд, який по внутрішній магістралі данних подається на вхід АЛП. БК при цьому формує всі необхідні сигнали.

Етап 4. АЛП виконує операцію в відповідності до раніше описаної послідовності.

Етап 5. Результат операції через внутрішню магістраль данних подається в РЗП або через буфер данних в ОЗП по адресі, що формується в БА.

Етап 6. БА формує адресу, по якій з БА виймається описання чергової команди.

Як відомо з опису роботи алгоритмів існують два можливі способи задання послідовності виконання правил алгоритма. Перший – це натуральна послідовність, відповідно до якої слідом за даним правилом виконується правило, безпосередньо слідуюче за ним. Стосовно до розглянутих схем це означає, що описання команд записується в елементи пам’яті послідовно по зростанню адреси елемента, тобто фізична адреса – це по суті номер елемента пам’яті.

Натуральна послідовність виконання команд реалізується за допомогою БА. Для цього в ньому знаходиться лічильник адресів команд (ЛАК), який вказує число, представляюче адресу команди, що виконується. Кожного разу після виконання команди це число підвищується на 1. Потім це число через буфер шини адресів передається в пам’ять для виводу чергової команди.

Другій спосіб задання послідовності виконання команд – це безумовний та умовний переходи. Безумовний перехід виконується на основі чергового правила алгоритма, тобто: слідом за даним словом виконується правило, команда (описання) якого зберігається в елементі пам’яті з такою адресою. Ця адреса входить до складу команди, або знаходиться по одному з вище описаних способів. В будь-якому випадку адреса чергової команди при реалізації правила безумовного переходу записується в ЛАК, замінюючи раніше існувавше там число. Всі ці дії виконуюються під керуванням БК.

Порядок виконання умовних переходів також задається черговим правилом алглритма. Також правило (команда) окрім адреси елемента пам’яті, що зберігає команду, до якої повинен виконуватись перехід, має описання деякої умови, наприклад a>b . Якщо ця умова виконується, адреса з команди умовного переходу записується в ЛАК, простіше, раніше записане число, що задавало адресу команди, збільшується на 1. Якщо ж умова не виконується, то перехід відбувається за правилами безумовного переходу. Перевірка виконання або невиконання умови виконується в АЛП, які помимо формування результату виконання операції видають спеціальні сигнали, наприклад “Результат=0”, “Результат має (-) знак”, які використовуються при прийнятті рішення і при виконанні умовного переходу.

Використовуються різні способи організації послідовності виконання команд, наприклад переривання. Перериванням називається послідовність дій, в результаті яких виконання даного алгоритма тимчасово припиняється і замість цього починає виконуватись інший алгоритм. Щоб потім повернутись до виконання перерваного алгоритма, в перелік дій по реалізації переривань входять дії по перезапису числа лічильника ЛАК з РЗП в ОЗП. При багатосходинковому перериванні створюється послідовність чисел ЛАК і РЗП, що зберігаються в ОЗП в заданому порядку. Цей порядок забезпечується спеціальним пристроєм – показником стеку (ПС), який також входить до складу БА.

Переривання виконуються по “Запросу на переривання”, що надходить зовні по шині керування.

Шина керування є не настільки розгалудженою, як адресна. По ній, крім сигналів переривання, проходять сигнали синхронізації, готовності підключених зовні пристроїв та ін.

З викладеного виплива важливий висновок: яка б не була операція, що виконується процесором, вона вимагає для реалізації великої кількості сигналів керування. Всі ці сигнали умовно розподіляються на такі групи:

• код операції;

• адресна частина;

• ознаки;

і в цілому формують формат команди.

Прийнято розподіляти різні операції на п’ять основних груп.

Операції пересилки. Вони передбачають перезапис слова або групи слів з одного елемента пам’яті в інший. Типовим прикладом таких операцій є перезапис слів з ОЗП в РЗП та навпаки. АЛП у виконанні таких операцій участі не бере. БК виробляє сигнали, що відкривають входи-виходи відповідних регістрів, або елементів пам’яті. Звідки взяти пересилаєме слово і куди його помістити визначають керуючі сигнали, які об’єднані в адресній частині (більш детально ці питання будуть розглянуті пізніше). В найбільш простих випадках пересилки слова з одного РЗП в інший, адресна частина має всього два сигнали, один з яких дозволяє зчитування з РЗП відправника, а інший – дозвіл запису в РЗП одержувача. Пересилка відбувається через внутрішню магістраль даних. У випадках складних видів адресації адресна частина може складатись з декількох слів, які є або адресами, або числами, що додаються до адреси. Пересилка в таких випадках може виконуватись на протязі декількох етапів, а в формуванні адресів активну участь бере АЛП, який одержує відповідні команди від БК.

Арифметико-логічні операції. Ці операції виконуються АЛП. Особливість виконання таких операцій вже була описана вище. Адресна частина включає адресу операнда і може складатись з одного біта, дозволяючого читати з РЗП, або групи слів, які беруть участь у формуванні складної адреси.

Операції переходів по програмі. В даному випадку код операції відноситься до блоку адресації. АЛП використовується лише коли перевіряється виконання умовного переходу. Адресна частина зберігає адресу елемента пам’яті, з якої дістається команда, що повинна виконуватись слідом за даною. Умови переходу можуть знаходитися в коді операції, а також в тій частині команди, що називається словом “ознаки”.

Операції звернення до зовнішних пристроїв. Особливості цих операцій будуть розглянуті пізніше. Формально їх виконання майже не відрізняється від операцій пересилки.

Решта операцій. До цієї групи відносяться операції, які не ввійшли до попередніх груп, наприклад, операції переривання.

Викладений в цьому розділі матеріал дає загальні поняття про принцип побудови процесора та деякі особливості взаємодії його блоків. Реальні процедури відрізняються за різними ознаками, але завжди залишаються наступні базові принципи їх побудови:

1. Процесор реалізує алгоритм, описання якого зберігається в тому чи іншому пристрої пам’яті, зовнішньому по відношенню до процесора (говорять, процесор працює по зберігаємій програмі).

2. Принцип мікропрограмування – кожна операція управляється відповідною мікрокомандою. Це найважливіший принцип, що забезпечує універсальність процесора.

3. Наявність системи внутрішньої та зовнішньої синхронізації.

4. Принцип магістральної організації.

Загальна структура мікропроцесорної системи.

Інтерфейс. Виконання того чи іншого алгоритма можливо при наявності мікропроцесора та пристроїв, в яких зберігається програма. Відомо, що програма – це сукупність команд (правил), що виконуються в послідовності, заданій алгоритмом. Команди вибираються з пам’яті в послідовності, що задається процесором. Процесор визначає адреси елементів пам’яті, в яких зберігаються необхідні данні. Данні передаються в процесор, де перетворюються у відповідності з командами, і результати операції передаються знову в пам’ять.

В

Процесор

ПЗП

ПВВ

ОЗП

казана взаємодія процесора з зовнішньою пам’яттю відображається мал.7.

Мал. 7.

Будь-яка мікропроцесорна система працює разом з рядом зовнішних пристроїв, одержуючи від них необхідну інформацію та передаючи іншу. Для зв’язку з зовнішними пристроями існує інтерфейс (interface). Цим терміном позначається весь комплекс пристроїв, правил та технічних засобів, що регламентують та забезпечують обмін інформацією між мікропроцесором (включаючи пам’ять) та зовнішними пристроями. Головними в інтерфейсі є шини, або, як їх часто називають, магістралі. Магістраль – це сукупність провідників, для яких строго нормовані рівні “0” та “1”. Потужність сигналів на шинах повинна бути достатньою для живлення необхідної кількості приєднуємих до них пристроїв. Для забезпечення цієї потужності використовуються спеціальні мікросхеми - шинні підсилювачі (ШП). Реальні мікросхеми ШП забезпечують рівні сигналів ТТЛ, мають вихідну потужність 500 мВт, та струм навантаження до 100 мА. Коефіцієнт підсилення їх – 105.

ШП повинні підсилювати сигнал, що передається в двох напрямках.

Варіант ШП наводиться на мал. 8.

VT2

VT1