Лекции Глотова А.Н. (1092061), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Схема МП, построенного по архитектуре Фон-Неймана.ОсобенностьюархитектурымашиныФон-Нейманаявляетсяналичиеединого адресного пространства для хранения как программ,так иданных. При этом для обращения к памяти используются шины адреса иданных, по которым в разные моменты времени передаютсякоманд, либо данные иразличныхобластейтолькопамяти.программистТакаялибокодыопределят назначениеархитектурапозволяетсоздаватьдостаточно простые, компактные микропроцессорные системы.Однако,использование общих шин и памяти значительно снижает быстродействиесистемы.
Процессоры, построенные по архитектуре Фон-Неймана,используютсядляпостроенияуниверсальныхсистем,большими объемам данных, со средним быстродействием..обычнооперирующих35┌────────────────────────────────────────────────\ ┌────────┐│Внутренняя шина данныхШД > │ Память │└────────────────────────────────────────────────/ │ данных │/\/\/\/\││││││││││││\/\/\/\/│--------│┌────────┐ ┌───────┐ ┌────────┐ ┌────────┐│ порты │\│ │Регистр│ ├────────┤ ││ /─────\ │ ввода/ │\ А Л У ├─>││ │:│ │регистр │< ШАД >│ вывода │/│ │призна-│ │Регистры│ │адреса │ \─────/ └────────┘/│ │ков│ ├────────┤ ││└──────┬─┘ └────┬──┘ └────┬───┘ └┬───────┘AVAA┌┴─────────┴─────────┴──────┴┐Fтакт│Устройство управления│ /──────────────────\────>─┤│< шина управления>│и синхронизации│ \──────────────────/└─────┬────────────┬─────────┘VA┌───┴───┐┌───┴───┐│││├────────────────────\ ┌────────┐│Счетчик││Регистр│>│││команд ││команд ├────────────────────/ │ Память │└─┬───┬─┘└───────┘│││││программ││└───────────────────────────────────\ │││>││└───────────────────────────────────────/ └────────┘Рис.7.3.
Схема МП, построенного по Гарвардской архитектуре.Особенностью МП систем, построенных по Гарвардской архитектуре,является наличие отдельных групп шин и банков памяти для храненияпрограмм и данных. При этом коды команд и данных могут передаватьсяодновременно, независимо друг от друга. Такая архитектура позволяетсоздавать системы с высоким быстродействием. Однако, использованиераздельныхдостаточношинзначительногромоздкими.усложняетПроцессоры,такиесистемыпостроенныепоиделаетихГарвардскойархитектуре, обычно используются для построения специализированныхсистем с высоким быстродействием и микроконтроллеров..36КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП.Классификация микропроцессоров осуществляется последующимпоказателям (см.
Приложение 1):1.Архитектура а) Фон-Нейманаб) Гарвардскаяв) Модифицированная Гарвардская2.Система и набор команда) Полный набор (CISC)б) Ограниченный (RISC)3.Тип микроэлектроннойтехнологии.Отсюда: а) Быстродействие;б) Энергопотребление;4.Количество кристаллова) Однокристальные;б) Многокристальные;5.Разрядность слова данных;6.Емкость адресуемой памяти;7.Тип управляющего устройстваа) схемное управление - фиксированная система командб) микропрограммное управление - изменяемая с/к;8.Микропроцессоры и однокристальные ЭВМ;и др. показатели..378. ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССОРА.Существуетдвапринципиальноразныхподходакпроектированиюуправляющего устройства МП: использование принципа схемной логики илииспользование принципа программируемой логики.В первом случае при проектировании МП определяется такой порядоксоединениялогическихсхем,которыйобеспечиваеттребуемоефункционирование. Устройства построенные на принципе схемной логики,способныобеспечиватьнаивысшеебыстродействиепризаданнойтехнологии.Вовторомзанесениемвмикропрограммы.случаепамятьВтребуемоефункционированиеустройствазависимостиотопределеннойвведеннойобеспечиваетсяпрограммыпрограммыилитакоеуниверсальное управляющее устройство способно обеспечить требуемоеуправление операционным устройством при решении самых разных задач.Можно построить операционное устройство с таким набором узлов и такойсхемойихсоединения,которыеобеспечиваютрешениеразнообразныхзадач.
Задача, решаемая таким универсальным операционным устройством,определяетсятем,какаямикропрограммахранитсявуправляющемустройстве. Таким образом, независимо от решаемой задачи может бытьиспользовано одно и то же операционное устройство.Следуетоднакоиметьввиду,чтонаивысшеебыстродействиедостигается в процессорах, в которых управляющее устройство строитсяс использованием принципа схемной логики, а операционное устройствовыполняетсяввидеконкретной задачи..устройства,специализированногодлярешения387.1.СИНТЕЗПРОЦЕССОРАСОСПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМОПЕРАЦИОННЫМУСТРОЙСТВОМ.Рассмотрим методику построения процессора на примере реализацииустройства, выполняющего операцию умножения двоичных чисел без знака.Проиллюстрируем на примере умножения двух двоичных чисел.Предусмотрим суммированиечас-тичных произведений, начиная с младшего.1 1 0 11 0 1 1───────1 1 0 11 1 0 10 0 0 01 1 0 1───────────────1 0 0 0 1 1 1 11311───1313───143В таблице приведена схема выполнения операции.──────────────┬────────────────┬────────────┬─────────────────Множимое│Старшие разряды │Множитель и │(R1)│произведения(R3)│младшие раз-│Действие││ряды произ-│││ведения (R2)│──────────────┼────────────────┼────────────┼─────────────────1 1 0 1│0 0 0 0│1 0 1 1 │Исходное состояние│ +│││1 1 0 1│││───────│││ 0 1 1 0 1 ────┐│Суммирование│ └┐│││ 0└>0 1 1 0└─> 1 1 0 1 │Сдвиг (R3) и (R2)│ +│││1 1 0 1│││───────│││ 1 0 0 1 1 ─────┐│Суммирование│ └┐││││ 0└>1 0 0 1 ───┐│└> 1 1 1 0 │Сдвиг (R3) и (R2)│ └┐││││ 0└>0 1 0 0└──> 1 1 1 1 │Сдвиг (R3) и (R2)│ +│││1 1 0 1│││───────│││ 1 0 0 0 1 ────┐│Суммирование│ └┐│││ 0└>1 0 0 0└─> 1 1 1 1 │Сдвиг (R3) и (R2)│─────────────────────── ││п р о и з в е д е н и е │──────────────┴────────────────┴────────────┴─────────────────39В исходном состоянии в R1 и R2 - множимое и множитель, R3 - внулевом состоянии.Анализируется содержимое младшего разряда R2.
Таккак его значение "1", то 1-е частичное произведение равно множимому ионоприбавляетсяксодержимомурегистраR3,используемомудлянакопления сумм частичных произведений. Далее производится сдвиг наодин разряд вправо содержимого регистров R2 и R3, причем выдвигаемыйпри сдвиге из R3 младший разряд (не принимающий в дальнейшем участияпри суммировании) передается в освобождающийся старший разряд R2.
ВмладшемразрядеR2оказывается2-йразрядмножителя.Процессповторяется. При его нулевом значении суммирование не производится,только сдвиг. Число циклов равно числу разрядов множителя.7.2. СИНТЕЗ ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА.Всоответствииоперацииумножениясописаннымнеобходимоввышепроцессом,операционномдлявыполненияустройстверегистры R1,2,3, сумматор (См) и счетчик (Сч) числа повторений.┌─>────────────────────────────┐┌───┬───┬────┴────┬───┐││n+1│ n │См│ 1 ││└───┴───┴──A───A──┴───┘┌>──┐ │┌──────────┘└──────────────┐├─┴─┤ │ │┌───┬────┴────┬───┐┌───┬───┬────┴────┬───┐ │ ││ n │R1│ 1 ││n+1│ n │R3 ┌>│ 1 │ │ │└───┴─────────┴───┘└───┴───┴A──A───┼─┴───┘ │ │┌───>x1y4──┘ │└──y5│ │├─┴─┤││ │┌───┬─────────┬───┐y3────>└───<───────┼──┘│ n │R2│ 1 ││└───┴────A────┴───┘│├─┬─┤└───────y1│y2───>└────<─────────────────────────────────────<────┘┌────────────> x2├───────┴───────┤-1 ┌───────────────┐y7──────>│Сч│└───────A───────┘Рис.8.1.n └────y6иметь:40В R2 предусмотрена микрооперация сдвига содержимого на 1 разрядвправо, выполняемая под действием управляющего сигнала y1 имикрооперации пересылки в старший разряд этого регистра содержимогомладшего разряда R3, выполняемого под действием сигнала y2.
Сумматорпроизводит суммирование чисел, поступающих из R1 и R3. Для храненияпереноса сумматор содержит n+1 разряд. Результат под действием y3принимается в R3, который, тоже должен иметь n+1 разряд. Кроме тогодля регистра R3 предусмотрены микрооперации установки в 0 и сдвигасодержимого на 1 разряд вправо, выполняемые под действием y4 и y5.При наличии y6 счетчиком принимается установленное число n, поддействием y7 выполняется микрооперация вычитания 1.В операционном устройстве формируются следующие признаки:x1 - содержимое младшего разряда R2;x2 - результат проверки на 0 счетчика.Приведем в условной записи список выполняемых в узлахоперационного устройства микроопераций и список формируемыхпризнаков:y1: R2 <─ Сдвиг вправо (R2)y2: R2[n] <─ (R3[1])y3: R3 <─ Смy4: R3 <─ (0)y5: R3 <─ Сдвиг вправо (R3)y6: Сч <─ (n)y7: Сч <─ (Сч)-1---------------------------x1: (R2[1]) = 1x2: (Сч) = 07.3.
СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ СХЕМНОЙ ЛОГИКИ.Разобьем на 2 этапа:1.Построениеалгоритмавмикрооперациях(схемасоответствует рассмотренному множительному устройству);нарисунке412.Построение алгоритма в микрокомандах.Дляформированиямикрокоманднеобходимоопределить,какиемикрооперации могут выполняться одновременно (в одни и те же тактовыепериоды).──────────────────────( S T A R T )( S T A R T )─────┬──────────┬─────┌1────────┴─────────┐┌1───────┴────────┐│ y4: R3 <─ 0││ Y1: y4, y6│└─────────┬─────────┘└─────────┬───────┘┌2────────┴─────────┐┌───────────>┤│ y6: Сч <─ n││/ \└─────────┬─────────┘│2─────── да┌────────────>┤│<x2>──┐│/ \│────────││3───────── да│\ /────┴────│< x2: (Сч)=0 >──┐│нет │( S T O P )│──────────││/ \─────────│\ /────┴────│ нет 3────────│нет │( S T O P )│ ┌───<x1>│/ \─────────│ │─────────│нет 4─────────│ │\ /│ ┌────< x1:(R[1])=1>│ │да ││ │──────────│ │ ┌4───────┴────────┐│ │\ /│ │ │ Y2:y3││ │да ││ │ └────────┬────────┘│ │ ┌5────────┴─────────┐│ └─────────>┤│ │ │ y3: R3 <─ (См)││┌5───────┴────────┐│ │ └─────────┬─────────┘││ Y3: y1,y2,y5,y7 ││ └──────────>┤│└────────┬────────┘│┌6────────┴─────────┐└────────────┘││ y1:R2 <─ Сдв.п(R2)││└─────────┬─────────┘│┌7────────┴─────────┐││ y2: R2[n] <─ R3[1]││└─────────┬─────────┘│┌8────────┴─────────┐││ y5:R3 <─ Сдв.п(R3)││└─────────┬─────────┘│┌9────────┴─────────┐││ y7: Сч <─ (Сч)-1 ││└─────────┬─────────┘└<────────────┘Рис.8.2.Очевидно, микрооперации y4 и y6 могут быть объединены вмикрокоманду Y1, y3 не может быть объединена с другими42микрооперациями, она представляет микрокоманду Y2; y1, y2, y5, y7могут выполняться одновременно и объединены в Y3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
