Устройство управления в МП

Устройство управления МП должно выполнять две основные функции: выборку команд программы в нужной последовательности и обработку полей команд.

Существуют два подхода к организации управления: первый — жесткое (схемное) управление, второй — микропрограммное управление.

Схемы, поясняющие эти способы организации управления, приведены на рис. 7.8 и 7.9.

При жестком управлении. Под действием кода операции (КОП) в управляющем блоке дешифратор команд (DC) запускает микропрограммный автомат, который в нужной последовательности вырабатывает сигналы микроопераций, которые, в свою очередь, порождают в операционном блоке требуемую обработку операндов. Грубо говоря, сколько команд — столько автоматов, при этом если требуется заменить код на другой, то выбирается другой микропрограммный автомат. Такая схема громоздкая и жесткая.

(изменить схему и список команд нельзя), но ее быстродействие достаточно высокое. Такой МП называется МП с фиксированным списком команд.

Рис. 7.8. Схема жесткого управления

Рис. 7.9. Схема микропрограммного управления

При микропрограммном управлении. В управляющем запоминающем устройстве (УЗУ) хранятся микропрограммы различных операций. Под действием кода операции дешифратор команды выбирает в УЗУ нужную микропрограмму, считывает из нее первую микрокоманду и передает в управляющий блок, в котором дешифратор микрокоманды запускает требуемый микропрограммный автомат, вырабатывающий сигналы микроопераций для операционного блока и сигнал ОС на считывание следующей микрокоманды из УЗУ и т. д., пока не будет выполнена вся микропрограмма данной операции. Такое управление имеет гибкую систему команд. Меняя УЗУ, можно изменить список команд. Это так называемые аморфные машины. У них низкое быстродействие, так как здесь происходит многократное обращение к ЗУ, т. е. быстродействие всей системы определяется быстродействием блока памяти. Создание нужных команд — тоже непростая задача. Эти МП выпускают обычно сразу с определенным (базовым) списком команд, который при необходимости видоизменяют.

Иерархию управления можно представить схематично в виде рис. 7.10.

Рис. 7.10. Иерархия управления.

Рассмотрим структурную схему обрабатывающей части микропроцессора с элементами жесткого управления (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Схема МП с элементами жесткого управления.

Адрес команды, подлежащей выполнению, хранится в специальном регистре — счетчике команд, или программном счетчике (С_чк, или PC — program counter). Этот адрес через буфер адреса (БА) по шине адреса поступает во внешнее запоминающее устройство (ЗУ), где хранится программа. Из программы считывается код команды и по шине данных через буфер данных (БД) он поступает на внутреннюю шину данных (шина А) и далее в регистр команд (РК), где он будет храниться на протяжении всего времени выполнения команды. Код команды расшифровывается дешифратором команды (ДШК), который анализирует отдельные поля команды и передает код операции в устройство управления, выходными сигналами которого охвачены все элементы МП. Результат операции может быть помещен в один из РОН или во внешнее ЗУ. В последнем случае ДШК передает в С_чк адрес ячейки памяти, куда поместить результат, а сам результат передается через БД и шину данных в память.