3.1.3. Мікропрограмний пристрій управління (пристрій управління з гнучкою логікою)

Завдання мікропрограмного пристрою управління (МППУ): отримати (сформувати) сукупність керуючих сигналів шляхом читання коду мікропрограми зі спеціальної (постійної) пам'яті.

Мікрокоманда (МК) включає операційне і адресне поля. Операційне поле кодує мікрооперації (МО), які виконуватимуться по даній МК, а адресне поле визначає адресу наступної команди. При мікропрограмуванні використовується примусовий порядок виконання команд. Окрім вказаних полів МК може містити поле ознаки розгалуження, поле останньої МК в мікропрограмі, поле тривалості реалізації МК.

Найпростіше мікрооперації в ОП кодувати за допомогою унітарного (одиничного) коду, коли з кожним окремим розрядом ОП зв'язана своя МО: 1 - наявність МО, 0 - відсутність МО.

Наприклад:

1 розряд Прийом коду Р_г1.

2 розряд Прийом коду Р_г2.

3 розряд Гасіння Р_г

4 розряд Лівий зсув Р_г

5 розряд Загальне скидання.

Перевагою такого кодування є можливість виконання декількох МО в одній МК, відсутність дешифраторів.

Недоліками є загальне число МО, що виконуються в процесорі (більше 100), таким чином необхідно стільки ж розрядів мати в ОП, тому що по одній МК ніколи не виконується (більше 5 МО). Тому більшість полів МО будуть нульові, що не є ефективним.

Звичайне двійкове кодування виявилося неприйнятним, тому застосовується комбіноване кодування. При комбінованому кодуванні всі МО розбиваються на декілька груп, в кожну групу включаються несумісні операції, які не виконуються одночасно. Усередині груп використовують звичайне двійкове кодування.

Переваги: можливість кодування в одній МК кількох МО.

Недоліки: необхідність використання дешифраторів кількох малорозрядних груп.

Структура мікропрограмного пристрою управління з постійною тривалістю виконання МК приведена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. - Структура мікропрограмного пристрою управління

з постійною тривалістю виконання МК.

де:

СЗА - схема занесення адреси (мультиплексор).

Рг АМК - регістр адрес МК.

ДС МК - дешифратор МК.

М₁ - матриця МО.

М₂ - матриця адрес МК.

У кожному МППУ основний блок - блок спеціальної пам'яті. Такий блок в даній схемі складається з М₁ и М₂. Горизонтальні лінії відповідають МК, вертикальні лінії в М₁ - окремим МО, в М₂ - окремим розрядам адреси наступної МК. Щоб виконати конкретну операцію, має бути виконана власна МП: початкова адреса МП визначається інформацією з ОП регістра команд, через СЗА. Ця початкова адреса потрапляє в Рг АМК, за цією адресою ДС МК забезпечує читання першої МК відповідною МП, наступні адреси читання з М₂ до тих пір, поки не з'явиться ознака останньої МК. МК закінчується читання адреси нової МК з РГК. Швидкість пристрою визначається частотою, яка прив'язується до часу виконання найдовшої МО (складання операндів у АЛУ). Недолік: мала швидкодія.

3.1.4. Мікропрограмний пристрій управління зі змінною тривалістю реалізації мікрокоманд.

Попередня схема МППУ не дозволяє при реалізації якоїсь операції отримати високу швидкодію. У даних схемах МППУ має більшу швидкість роботи, ніж попередня.

Одним з рішень, що дозволяють отримати змінний час реалізації команд, - є рішення, в якому здійснюється метод динамічної зупинки. При цьому МК з більшою тривалістю виконання зв'язується з певним числом «порожніх» МК. «Порожньою» називається МК, яка забезпечує перехід сама на себе і при виконанні якої жодні МО не виконуються. МППУ з динамічною зупинкою повинно включати ще одну матрицю М₃, в яку заноситимуться код кількості «порожніх» МК.

Друге рішення, яке представлене на рис. 3.7, називається МППУ з блокуванням імпульсів, що трактують роботу схеми.

Рис. 3.7 - МППУ з блокуванням імпульсів, що трактують роботу схеми.

У такому ПУ має бути включена третя матриця. У цій матриці для довгих МК буде зберігається код часу їх реалізації. До складу схеми, окрім М₃, входять лічильник С_т, тригер управління Т_у, дві комбінаційні схеми КС. У цій схемі частота імпульсів тактування прив'язується до часу виконання найкоротшої МК.

Якщо виконується команда, яка має більший час реалізації, то з М₁ прочитується сигнал U, який встановлює Т_у в одиницю, з матриці М₃ в С_т записується код тривалості виконання цієї МК у додатковому коді. При цьому імпульси С замість дешифратора почнуть надходити на вхід лічильника С_т. Імпульси надходять до тих пір, поки не з'явиться сигнал переповнювання Р, за допомогою нього Т_у встановлюється в нуль, знімається блокування, знову надходять імпульси С в ДС.