Тема 11_2010 Микропрограммное управление (Лекции (PDF))
Описание файла
Файл "Тема 11_2010 Микропрограммное управление" внутри архива находится в папке "Лекции (PDF)". PDF-файл из архива "Лекции (PDF)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "вычислительные машины, системы и сети (вмсис)" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "вмсс" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Тема 11_2010. Устройства управления ЭВМ и ВСПроцессоры с микропрограммным управлениемЛюбая система обработки данных (СОД) рассматривается как совокупностьтрех устройств:• Памяти;• Операционного устройства;• УправленияУстройство управления (УУ) предназначено для выработкиуправляющих сигналов, необходимых для выполнения любого действия,происходящего в СОДКлассификация УУ:1. По структурной организации• Централизованные• Смешанные – централизованные + местные• Иерархические (в ВС)2.По технической организации• С жесткой логикой работы• Устройства микропрограммного управленияУУ с жесткой логикойВыполнение операций в машине сводится к элементарнымпреобразованиям информации (передача информации между узлами вблоках, сдвиг информации в узлах, логические поразрядные операции,проверка условий и т.д.) в логических элементах, узлах и блоках подвоздействием функциональных управляющих сигналов блоков (устройств)управления.
Элементарные преобразования, неразложимые на болеепростые, выполняются в течение одного такта сигналов синхронизации иназываются микрооперациями.Известны два подхода к построению логики формирования функциональныхимпульсов. Один из них – аппаратный.В аппаратных (схемных) устройствах управления каждой операциисоответствует свой набор логических схем, выполненных на диодах,транзисторах и т. д.
и определяющих, какой функциональный импульс (ФИ) и вкаком такте должен быть возбужден. Т.е. логические схемы вырабатываютопределенныефункциональныесигналыдлявыполнениямикроопераций в определенные моменты времени. При этом способепостроения УУ реализация микроопераций достигается за счет однаждысоединенных между собой логических схем, поэтому ЭВМ с аппаратнымустройством управления называют ЭВМ с жесткой логикой управления. Этопонятие относится к фиксации системы команд в структуре связей ЭВМ иозначает практическую невозможность каких-либо изменений в системекоманд ЭВМ после ее изготовления.Пусть некоторый ФИ должен появиться в такте j операции m при условииналичия переполнения сумматора или в такте i операции n.
Требуемое действиебудет выполнено, если подать сигналы, соответствующие указанным кодамоперации, тактам и условиям на входы схем И, а выходы последних через схемуИЛИ соединить с формирователем ФИ (рис. 1).Рис. 1. Формирование функционального импульсаТакой принцип управления операциями получил название "жесткой" или"запаянной" логики и широко применяется во многих компьютерах.Другой принцип организации управления: каждой микрооперации (МИО) 1ставится в соответствие слово (или часть слова), называемое микрокомандой ихранимое в памяти подобно тому, как хранятся в памяти команды обычногокомпьютера.
Здесь команде соответствует микропрограмма, т. е. набормикрокоманд (МИК), указывающих, какие ФИ и в какой последовательностинеобходимо возбуждать для выполнения данной операции. Такой подход получилназвание микропрограммирования или "хранимой логики". Это подчеркиваетМикрокоманда – совокупность совместимых микроприказов, инициирующихвыполнение микрооперацииМикрооперация – элементарное действие, выполняемое тем или инымфункциональным узлом ЭВММикропрограмма – набор микроопераций1тот факт, что в микропрограммном компьютере логика управления реализуется нев виде электронной схемы, а в виде закодированной информации, находящейся вкаком-то регистре.Микропрограммное управлениеИдея микропрограммирования, высказанная в 1951 г.
Уилксом, нашлаширокое применение в машинах серии IBM 360, когда появились надежные ибыстродействующиеЗУдляхранениямикропрограммы.Засчетмикропрограммного управления появилась возможность эмуляции системы командстарых моделейДостаточнодолгомикропрограммирования.неправильнопонималисьзадачиивыгодыСчиталось, ценность микропрограммирования в том, что каждый потребительможет сконструировать себе из МИК нужный ему набор операций в даннойконкретной задаче. Замена наборов команд достигалась бы заменой информации вЗУ без каких-либо переделок в аппаратуре. Однако в этом случае программистунеобходимо было бы знать все тонкости работы инженера-разработчикакомпьютера.
А основная тенденция развития ЭВМ в связи с автоматизациейпрограммирования состоит в том, чтобы освободить программиста от детальногоизучения устройств компьютера и в максимальной степени приблизить языккомпьютера к языку человека. Поэтому микропрограммные компьютеры считалитрудными для пользователя.Микропрограммный принцип актуален, так как:•созданы односторонние (читающие) быстродействующие ЗУ с малымциклом памяти;•микропрограммирование рассматривается не как средство повышениягибкости программирования, а как метод построения системы управленияпроцессором, удобный для инженера-разработчика компьютера.Программист в своей работе может и не подозревать о микропрограммнойструктуре компьютера и использовать все средства ПО и языки программированиясамого высокого уровня.
Использование микропрограммного принципа позволяетоблегчить разработку и изменение логики процессора.С появлением программного доступа к состоянию процессора послевыполнения каждой МИК обеспечивается возможность создания экономичнойсистемы автоматической диагностики неисправностей и появляется способность кэмуляции, т. е. к выполнению на данной ЭВМ программы, составленной в кодахкоманд другого компьютера. Это достигается введением дополнительного набораМИК, соответствующих командам эмулируемого компьютера.Этивозможностиспособствуютраспространениюметодовмикропрограммирования при построении УУ в современных компьютерах.Микропрограмма записываетсямикропрограмм или микрокомандвспециализированнуюпамять–памятьПри микропрограммной реализации УУ в состав последнего вводитсяЗУ, каждый разряд выходного кода которого определяет появлениеопределенного функционального сигнала управления.
Поэтому каждоймикрооперации ставится в соответствие свой информационный код микрокоманда. Набор микрокоманд и последовательность их реализацииобеспечиваютвыполнениелюбойсложнойоперации.Набормикроопераций называют микропрограммами. Способ управленияоперациями путем последовательного считывания и интерпретациимикрокоманд из ЗУ (наиболее часто в виде микропрограммного ЗУиспользуют быстродействующие программируемые логические матрицы),атакже использованиякодов микрокоманд длягенерациифункциональных управляющих сигналов называют микропрограммным, амикроЭВМ с таким способом управления - микропрограммными или схранимой (гибкой) логикой управления.К микропрограммам предъявляют требования функциональнойполноты и минимальности. Первое требование необходимо дляобеспечения возможности разработки микропрограмм любых машинныхопераций, а второе связано с желанием уменьшить объем используемогооборудования.
Учет фактора быстродействия ведет к расширениюмикропрограмм, поскольку усложнение последних позволяет сократитьвремя выполнения команд программы.Преобразование информации выполняется в универсальномарифметико-логическом блоке микропроцессора. Он обычно строится наоснове комбинационных логических схем.Для ускорения выполнения определенных операций вводятсядополнительно специальные операционные узлы (например, циклическиесдвигатели). Кроме того, в состав микропроцессорного комплекта (МПК)БИС вводятся специализированные оперативные блоки арифметическихрасширителей.Операционные возможности микропроцессора можно расширить засчет увеличения числа регистров. Если в регистровом буфере закреплениефункций регистров отсутствует, то их можно использовать как дляхранения данных, так и для хранения адресов.
Подобные регистрымикропроцессора называются регистрами общего назначения (РОН). Помере развития технологии реально осуществлено изготовление вмикропроцессоре 16, 32, 64 и более регистров.В целом, принципследующие позиции:микропрограммногоуправлениявключает1. любаяоперация,реализуемаяустройством,являетсяпоследовательностью элементарных действий - микроопераций;2. для управления порядком следования микроопераций используютсялогические условия;3. процесс выполнения операций в устройстве описывается в формеалгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логическихусловий, называемого микропрограммой;4.
микропрограмма используется как форма представления функцииустройства, на основе которой определяются структура и порядокфункционирования устройства во времени.Принцип микропрограммного управления обеспечивает гибкостьмикропроцессорной системы и позволяет осуществлять проблемнуюориентацию микро- и миниЭВМ.Существуют два вида микропрограммного управления:• горизонтальное (схема с минимальным кодированием, когдатребуется достичь макс.
скорости работы процессора)и• вертикальное (исп. сильно закодированные команды, носнижены аппаратные затраты на обработку микрокоманд)Горизонтальное микропрограммированиеПри горизонтальном – каждому разряду МИК соответствует определеннаямикрооперация, выполняемая независимо от содержания других разрядов.Микропрограмма может быть представлена в виде матрицы n × m, где n – числоФИ, m – количество МИК, т. е. строка соответствует одной МИК, а столбец –одной МИО (рис.2).Рис.2.
Микропрограмма при горизонтальном микропрограммированииПримерные значения разрядов МИК приведены на рис. 3...Рис.3. Значение разрядов МИК (МИО):1 – гашение сумматора; 2 – гашение указателя переполнения; 3 – обратный кодсумматора; 4 – гашение регистра множителя частного; 5 – инвертирование знака; 6 –сдвиг содержимого сумматора влево; 7 – сдвиг содержимого сумматора вправо; 8 –увеличение содержимого сумматора на 1; 9 – чтение из ЗУ в сумматор; …Наличие "1" в пересечении какой-либо строки и столбца означаетпосылку ФИ в данную МИК, а наличие "0" – его отсутствие.Размещение "1" в нескольких разрядах МИК означает выполнениенескольких МИО одновременно.