1. Организация устройств компьютера

   1. Принцип микропрограммного управления

Программная инженерия (бакалавриат)

Фундаментальная информатика и информационные технологии (бакалавриат)

Литература: [1, стр. 79 – 80]

Для выполнения операций над информацией используются операционные устройства – арифметико-логические устройства (АЛУ), устройства управления, контроллеры внешних устройств и др. Назначением любого операционного устройства является выполнение заданного множества операций над входными словами из множества с целью вычисления выходных слов из множества , которые представляют собой результаты выполнения операций, т. е. , .

Функциональная и структурная организация операционных устройств, определяющая их порядок функционирования и внутреннее содержание, базируется на принципе микропрограммного управления, который состоит в следующем:

1. Любая операция , реализуемая операционным устройством, рассматривается как составное действие, которое разбивается на последовательность элементарных действий над словами информации, называемых микрооперациями.

2. Для управления порядком следования микроопераций используются логические условия, которые, в зависимости от значений слов, преобразуемых микрооперациями, принимают значения 0 или 1.

3. Процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логических условий и называемого микропрограммой. Она определяет порядок проверки значений логических условий и следования микроопераций, необходимый для получения требуемых результатов.

4. Микропрограмма используется как форма представления функции операционного устройства, на основе которой определяются структура и порядок функционирования устройства во времени.

Перечисленные положения можно рассматривать как содержательное описание принципа микропрограммного управления, из которого следует, что структура и порядок функционирования операционного устройства предопределяются алгоритмами выполнения операций из множества .

2. Концепция операционного и управляющего автоматов

Программная инженерия (бакалавриат)

Фундаментальная информатика и информационные технологии (бакалавриат)

Литература: [1, стр. 80 – 81]

В функциональном и структурном отношениях операционное устройство, входящее в состав компьютера, удобно представить разделенным на две составляющих – операционный и управляющий автоматы (рис. 1.1).

Операционный автомат ОА предназначен для хранения слов информации, выполнения набора микроопераций и вычисления значений логических условий, т. е. является структурой, организованной для выполнения операций над информацией. На вход операционного автомата подаются входные данные из множества , которые в соответствии с алгоритмом операции преобразуются в выходные данные из множества . Кроме того, операционный автомат генерирует множество осведомительных сигналов (логических условий) для управляющего автомата.

Управляющий автомат УА генерирует последовательность управляющих сигналов, обеспечивающую выполнение в операционном автомате заданной последовательности микроопераций, которая реализует алгоритм выполняемой операции. Управляющая последовательность генерируется в соответствии с заданным алгоритмом и с учетом значений логических условий из множества , формируемых операционным автоматом.

Зачастую операционное устройство может выполнять несколько различных операций. Например, АЛУ может выполнять все четыре арифметические операции и несколько логических. В этом случае на вход управляющего автомата подается команда , определяющая тип выполняемой операции. Кроме того, поскольку различные операции над различными данными выполняются за разное время, управляющий автомат формирует сигнал , который определяет окончание операции и готовность выходных данных.

Таким образом, любое операционное устройство – процессор (который, в свою очередь, представляется состоящим из двух операционных уст­ройств – АЛУ и центрального устройства управления), канал ввода-вывода, контроллер внешнего устройства и т. д. – можно представить в виде композиции операционного и управляющего автоматов. Операционный автомат, реализуя операции над словами информации, является исполнительной частью устройства, работу которого организует управляющий автомат, который генерирует необходимые последовательности управляющих сигналов.

Подобный подход позволяет разработать эффективные процедуры синтеза операционного и управляющего автоматов, формализовать эти процедуры и, в некоторых случаях, автоматизировать процесс синтеза цифровых устройств.