4.3. Исполнение команд

Команды, требуемые нам для реализации своего алгоритма, по сути заключаются либо в выполнении каких-либо действий АЛУ, либо в переносе данных из одной ячейки ленты в другую. Кроме того, как указано выше, необходимо обеспечить работу устройств ввода-вывода. Для реализации этих действий внутри процессора проектируется устройство управления, которое, согласно принципам машины Тьюринга, выполняет следующие действия: считывает команду из некоторой ячейки; дешифрует команду, определяя требуемые над данными действия; считывает из ячеек памяти операнды; выполняет действие над данными; помещает результат в одну из ячеек памяти; устанавливает номер ячейки (адрес), по которому будет считана следующая команда. Все эти действия можно выполнить с помощью одного несложного автомата. Команда для такого автомата состоит из пяти необходимых полей: 1) код команды; 2) адрес первого операнда; 3) адрес второго операнда; 4) адрес результата; 5) адрес следующей команды. Пять полей занимают пять мест (как пассажиры в автобусе) и такую команду называютпятиместной.

Код команды в нужный момент времени, когда будут готовы оба операнда, просто должен быть направлен в АЛУ. Его нужно помнить, пока не выбраны оба операнда, и для этого в процессоре появляется обязательный регистр хранения команды.

После того как мы считаем первое число, его понадобится хранить до тех пор, пока мы не получим из памяти второе. Для хранения придется организовать еще один регистр, который мы назовем, например, регистром временного хранения данных.

В случае, когда мы выполняем просто перенос данных из одной ячейки памяти в другую, нам не требуется от АЛУ никаких действий, нам требуется просто хранить считанное из ячейки источника число на момент пока память будет получать адрес ячейки приемника. Для этого можно использовать обозначенный выше регистр временного хранения данных.

Для того, чтобы из памяти получить данные, необходимо указать номер ячейки, который в машине фон Неймана называется также ее адресом. Для этого процессор и память соединены между собой набором проводов, по которым передается адрес. Этот набор проводов называетсяшиной адреса. Шина адреса однонаправленная, сигнал может идти от процессора к памяти, но не наоборот.Разрядность шины адресаопределяется количеством доступных ячеек памяти, вернее, с учетом двоичного устройства машины фон Неймана:

количество доступных ячеек = 2 ^{разрядность шины адреса}.

Если разрядность шины адреса больше необходимой, часть ее разрядов не используется. Если разрядность шины адреса меньше, казалось бы можно передавать адрес по частям, но такую передачу сложно организовать технически, проще добавить необходимые линии адреса.

По нашей схеме номера ячеек присутствуют в определенных полях кода команды. Задача устройства управления передать содержимое требуемого поля на шину адреса. Это делается при помощи мультиплексора, входящего в состав устройства управления.

4.4. Состав простейшего процессора

Таким образом наш процессор состоит как минимум из следующих узлов:

• АЛУ;

• регистр хранения команды;

• временный регистр хранения данных;

• устройство управления.