Учебный курс Принципы построения и функционирования ЭВМ Лекция 11 Микрокоманды и микрооперации профессор ГУ-ВШЭ, доктор технических наук Геннадий Михайлович Алакоз

2 Процессоры Процессор: дешифрует выполняет команды программы организует обращение к АЗУ инициирует работу периферийных устройств воспринимает и обрабатывает запросы, поступившие от устройств ЭВМ и внешней среды (запросы прерывания) Непосредственно преобразуют данные и управляют эти процессом

3 Выполнение команд ЭВМ строго регламентировано во времени: на каждом этапе выполняется одна или несколько микроопераций Конкретный состав микроопераций и последовательность их выполнения определяются системой команд ассемблера, логической структурой и особенностями работы каждого процессора Последовательность микроопераций, реализующих данную команду, называют микропрограммой

4 Машинный такт процессора регламентирует интервал времени, в течение которого выполняется одна или несколько микроопераций Границы тактов задаются схемой синхронизации Иерархия выполнения программы: 1.Микрооперация – 1 такт 2.Команда ассемблера – несколько тактов 3.Программа – множество команд ассемблера

5 Строение процессора В простейшем случае процессор содержит следующие устройства: Блок регистровой памяти Блок связи с ОЗУ ОУ ПЗУ УУ Блок управляющих регистров D P запросы прерывания

6 ОЗУ Р имя программы ассемблерная команда 1 ПЗУ ассемблерная команда 2 начальные адреса такты

7 Функции операционного устройства непосредственное преобразование информации над данными постоянной или переменной длины (в формате фиксированной и плавающей запятой) модификация кодов команд В современных процессорах операционное устройство двухуровневое: в центральном процессоре выполняются арифметико-логические действия формата фиксированной запятой операции формата плавающей запятой выполняет арифметический сопроцессор

8 Устройство управления формирует необходимые управляющие сигналы для выборки очередной команды из ОЗУ, дешифрации кода операции, формирование адресов операндов, выборки операндов из ОЗУ, передача операндов в операционное устройство, выполнение операций операционным устройством, передача результата из операционного устройства в ОЗУ, инициирование операции ввода/вывода, организация реакции процессора на запросы прерывания.

9 Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения управляющей информации содержит как регистры, так и счетчики

10 Интерфейс процессора Обеспечивает: обмен информацией защиту сегментов ОЗУ от недозволенных обращений связь процессора с периферийными устройствами

11 Блок контроля и диагностики Служит для: обнаружения сбоев и отказов в аппаратуре восстановления работы после сбоя поиска, локализации и идентификации отказов

12 Сбои и отказы Сбой - это кратковременный отказ Для предотвращения ошибок вводятся специальные контрольные регистры, определяющие чётность количества единиц в переданном коде При сбое аппаратура автоматически генерирует запрос на получение кода, пока тот не станет верным, либо количество попыток не превысит заранее определенное значение При превышении этого значения сбой считается отказом, то есть постоянной неисправностью Контроль происходит непрерывно и параллельно с основным вычислительным процессом и должен быть максимально полным

13 Микропрограммная реализация команд ЭВМ Простейшее устройство ЭВМ Регистр адреса оперативной памяти Оперативная память Регистр информации оперативной памяти Аккумулятор Регистр адреса команды Регистр временного хранения Операционное устройство Регистр адреса микрокоманды Управляющая память Регистр микрокоманды Р D D P A

14 Группа команд межрегистровой пересылки данных В группу входят команды типа ADD (Акк := Акк + (А) или if (условный переход) В группе работают следующие правила: регистр информации оперативной памяти и регистр адреса оперативной памяти способны получать данные из любых других регистров любому регистру можно присвоить данные из регистра информации оперативной памяти для передачи данных используется коммутатор

15 Микрооперации управления выборкой регистра любому регистру можно присвоить значение аккумулятора, регистра адреса команды и регистра временного хранения используется полный коммутатор В этой группе используются следующие правила:

16 Считывание и запись информации оперативной памяти В эту группу входит возможность обмена данными между регистром информации оперативной памяти и регистром оперативной памяти в точке, указанной регистром адреса оперативной памяти

17 Адресная арифметика В эту группу входит возможность обмена данными между аккумулятором и любым другим регистром, арифметическое сложение и вычитание, а также перебор значений

18 Регистр адреса микрокоманды В эту группу входит реализация счетчика и получение регистром адреса микрокоманды значения регистра информации оперативной памяти