Лекция 8 устройства микропрограммного управления микропроцессорных су
Обобщенная структура горизонтального и вертикального программирования Устройство управления должно отвечать следующим требованиям:
1.УУ должно формировать полную совокупность управляющих сигналов YJ для управления работой процессорного элемента и сопряженных с ним субблоков (ОЗУ, сопроцессор, расширители ...).
2. Количество внутренних составляющих автомата, моделирующих работу УУ должно быть не менее числа различных микрокоманд, подлежащих реализации по всей совокупности микро программы.
3. Должна быть обеспечена возможность произвольной выборки последовательности микрокоманд, микропрограмм в зависимости от управляющих кодов Qi.
4. Должна быть обеспечена возможность модификации последовательности микрокоманд в пределах микропрограмм в зависимости от внешних условий Uk.
УУ предназначено для формирования адреса следующей команды.
Рисунок 8.1 - Работа УУ
8.1 Устройства управления на жёсткой логике
Адрес следующей команды УУ на жесткой логике формируется следующим образом:
Структурная реализация УУ на жесткой логике зависит от:
1. архитектуры ПЭ, состава и архитектуры субблоков.
2. структурной реализации управляющих кодов, совокупность этих кодов, требуемых для реализации всех команд.
Достоинства: проще не бывает, минимальные аппаратные затраты, минимальное операционное время. Недостатки: невозможность введения или изменения системы команд и самих команд без изменения аппаратной части, отсутствие инвариантности состава субблоков, затруднены условные и безусловные переходы.
Микропрограммы - это вид программ, состоящий из совокупности микро команд и непосредственно управляющей последовательностью работы элементов вычислительной системы, и связанных с ним субблоков.
Микрокоманда - инструкция в виде двоичного кода, записанная в ячейке памяти микро программ и указывающая какие микро операции должны выполнить элементы вычислительной системы в данный момент времени.
Микрокоманда всегда включает КОП, источник операнда, приёмник результата и обязательно способ определения адреса следующей микрокоманды.
УМУ подразделяются на:
- устройства с вертикальным микропрограммированием,
- устройства с горизонтальным микропрограммированием,
- устройства с квазивертикальным микропрограммированием. Если символы Уi на выходах управляющей памяти являются взаимоисключающими или ортогональными в том смысле, что одновременно не появляются более одного активного выхода, то состояния могут быть представлены в закодированном виде. Если все управляющие сигналы и микро команды задаются отдельно, то говорят, что в этом случае используется вертикальное микро программирование.
Рисунок 8.2 - Структура устройства вертикального программирования
Достоинства: минимальный объем памяти. Недостатки: отсутствие инвариантности к изменению набора Уi, отсутствует возможность совмещения во времени микро операций, требования повышения времени для получения сигналов Yi с момента поступления адреса.
Рисунок 8.3 - Структура устройства горизонтального программирования
Каждому элементу принадлежит свой разряд управления. Недостатки: повышение объема памяти. Достоинства: минимальное аппаратное время, минимальное операционное время, есть возможность совмещения операций во времени, максимальная простота при составлении микро программ.
Рисунок 8.4 - Структура устройства квазивертикального программирования
Данная структура реализуется в том случае, если в совокупности
сигналов Yi можно найти сигналы, к которым можно предъявить требование ортогональности. Сочетаются достоинства и недостатки предыдущих методов.
Рисунок 8.5 - Структура устройства микропрограммного управления
(УМУ)
Информационный состав поля следующего адреса представляет собой маску проверки условий для выборки внешних условий UK при реализации ветвящихся микро программ или ссылку на адрес следующей микро команды. Если адрес следующей микро команды определяется в зависимости от 1 или 2 или И, то такие системы называются ортогональными по вводу адреса следующей микро команды (классический пример MS).