Структурная схема мп со схемной логикой управления
Структурная схема МП со схемной логикой управления представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема МП со схемной логикой управления
УУ содержит k устройств управления операциями (логических схем). Для выбора одной из них дешифратор декодирует операционное поле команды, поступающей из основной памяти (ОП). В зависимости от кода операции, указанного в команде, выбирается УУ операцией, которое выдает на входы ОУ нужную последовательность управляющих сигналов.
Принцип микропрограммного управления. Структурная схема мп на основе программируемой логики управления
В каждом тактовом периоде из УУ выдается на ОУ некоторая кодовая комбинация управляющих сигналов. Если число управляющих сигналов n, то кодовая комбинация n-разрядная и каждый разряд показывает присутствует ли управляющий сигнал в соответствующей управляющей цепи, например, 0010…1. Такие кодовые комбинации можно хранить в так называемой управляющей памяти (УП) или микропроцессорной памяти (МПП) и тогда МП имеет структуру, представленную на рисунке 4.
Рисунок 4 – Структурная схема МП с программируемой логикой управления
Микропрограммы различных операций хранятся в УП. Для выполнения каждой МК необходимо задать ее адрес и прочитать из УП.
Считанная из УП общая МК может быть разбита на две МК. МК ОУ определяет функционирование узлов ОУ в данном тактовом периоде. МК БМУ содержит поле адреса и поле условных переходов и задает способ формирования адреса очередной МК.
Если микропрограмма является линейной последовательностью МК, то задавать адрес каждой следующей МК можно счетчиком, предварительно загрузив в него начальный адрес микропрограммы. Однако линейные микропрограммы встречаются редко. Чаще они представляют собой последовательности с ветвлениями и с циклами. В таком случае адрес следующей МК должен определяться специальным образом. Для этой цели служит БМУ. Исходными данными для определения адреса следующей МК обычно служит адрес текущей МК, специальные поля текущей МК (МК БМУ), а также совокупность признаков (условий), поступающих от ОУ и из внешних устройств.
Рассмотрим структурную схему УУ МП с программируемой логикой управления (рисунок 5).
Рисунок 5 – Структурная схема УУ МП с программируемой логикой управления
В ячейках ПЗУ МК одной микропрограммы с номерами, отличающимися на единицу, имеют адреса, также отличающиеся на единицу. Поэтому при последовательной выборке МК удобно использовать суммирующий счетчик СТ (рисунок 5). Исходное состояние счетчика устанавливается внешним сигналом F (код операции текущей команды) при обращении к очередной микропрограмме и соответствует адресу первой МК этой микропрограммы.
Если МК не содержит микроопераций «условный переход» и «безусловный переход», то управляющий сигнал из схемы определения адреса МК увеличивает код на выходах счетчика на единицу – происходит выборка МК из соседней ячейки ПЗУ.
Если очередная МК содержит микрооперацию «безусловный переход», то адрес следующей МК из схемы определения адреса МК параллельно переписывается в счетчик (адресом является содержимое поля адреса текущей МК).
Если очередная МК содержит микрооперацию «условный переход», то адрес следующей МК определяется в зависимости от значения признаков X1, X2, …, Xm, поступающих из ОУ МП, и также параллельно переписывается в счетчик. При этом младший разряд поля адреса текущей МК замещается значением признака, т. е. происходит модификация (изменение) адреса следующей МК. В этом случае очередная МК считывается с одной из двух соседних ячеек управляющей памяти, адреса которых отличаются значениями только младших разрядов, например:
Код с выходов счетчика преобразуется дешифратором DC в сигнал, под действием которого из ПЗУ считывается нужная МК. Эта МК запоминается в регистре RG МК и поступает на выход УУ МП в виде управляющих сигналов Y1, Y2, …, Yn.
Временная диаграмма работы МП с программируемой логикой представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Временная диаграмма работы МП
В момент t1 (рисунок 6) БМУ выдает в управляющую память адрес очередной МК. Через некоторое время (от десятков до сотен наносекунд) завершается процесс чтения МК в управляющей памяти и в момент t2 на выходах памяти появится требуемая МК. С момента t2 в ОУ начинается выполнение предусмотренной в МК микрооперации и завершится к моменту t3.
До окончания выполнения микрооперации БМУ не может формировать адрес следующей МК, поскольку это зависит от признаков, т. е. от результатов микрооперации. Поэтому БМУ формирует адрес следующей МК от момента t3 до t4.
В данном построении МП его блоки функционируют не одновременно, а последовательно во времени и длительность тактового периода T должна быть не меньше суммы времен, необходимых для выполнения действий в блоках. Для повышения быстродействия МП используется конвейерный способ считывания и исполнения МК.