Вопрос№42. Схемное и микропрограммное управление по эвм. Характеристики, достоинства и недостатки схемного и микропрограммного управления.

При автоматическом выполнении программы процессором команды последовательно поступают из ОП в ЦУУ на время их выполнения АЛУ. Интервал времени, в течение ко­торого процессор выполняет команду, называют рабочим циклом ЭВМ. Величина рабочего цикла зависит от струк­туры команды, типа операций, структуры операционных блоков АЛУ,

По принципу организации управления вычислительным процессом различают процессоры схемного типа или с «жесткой» логикой, с микропрограммным и смешанным (микропрограммно-схемным) управлением.

Схемное управление — управление, при котором для выполнения любой операции последовательность управ­ляющих сигналов задается логическими схемами. Разли­чают центральное, местное и смешанное схемное уп­равление.

В процессорах с центральным управлением длительность рабочего цикла выбирается такой, чтобы за время между двумя управляющими сигналами выполнялась самая длинная операция в процессоре. Такие процессоры получили название синхронных, а блок, в котором формируются управляющие сигналы для всех исполнительных устройств ЭВМ, называют центральным блоком управления (ЦБУ),

В синхронных процессорах при выполнении большин­ства операций, особенно коротких (например, операция сложения), происходит потеря машинного времени, свя­занная с непроизводительными простоями процессора. Однако структура процессора отличается простотой, эко­номичностью и удобна в эксплуатации.

В процессорах с местным управлением вычислительным процессом управление производится так, что каждая опе­рация выполняется после выполнения предыдущей опера­ции. При этом каждое исполнительное устройство после окончания работы формирует сигнал «Конец работы», который одновременно является сигналом «Начало работы» другого исполнительного устройства. Процессоры с пере­менной длительностью рабочего цикла, величина которого зависит от вида выполняемой операции и кодов операндов, называют асинхронными. В асинхронных процессорах ос­новные исполнительные устройства имеют местные (авто­номные) блоки управления, что резко повышает быстродей­ствие таких процессоров, так как отсутствуют простои между реальными циклами выполнения команд. Основной недостаток асинхронных процессоров — их сложность.

В процессорах со смешанным управлением исполнение простейших операций осуществляется в синхронном режи­ме, а наиболее сложные операции (например, деление, умножение и др.) — в асинхронном. При смешанном управ­лении процессор содержит как центральный блок, так и местные блоки управления операциями. Смешанный способ управления вычислительным процессом позволяет получить высокое быстродействие процессора при «умеренных затра­тах оборудования, а поэтому наиболее распространен в

современных ЭВМ.

Микропрограммное управление основано на замене уп­равляющих логических схем специальной программой, хранящейся в ПЗУ. При таком управлении каждая команда разделяется на ряд элементарных этапов, получив­ших название микроопераций. Последовательность микро­команд, выполняющих одну команду (операцию), представляет собой микропрограмму. Для характеристики временных соотношении между различными этапами опе­рации используется понятие машинный такт, определяю­щий интервал времени, в течение которого выполняется одна или одновременно несколько микроопераций.

Идея микропрограммного управления была выдвинута Уилксом в 1951 г., схема которого приведена на рис. 5.1. В ее состав входят: память микропрограмм, состоящая из управляющей У и адресной А матриц; регистр адреса макрокоманды РгА_мк,; дешифратор адреса микрокоманды DCAмк.

Управляющая матрица Y вырабатывает микрокоманды 1

в виде управляющих сигналов (УС) на шинах управления уь У 2,..., Y_m. Появление сигналов на шине Y управления вызывает выполнение соответствующей микроопера­ции в АЛБ или других устройствах ЭВМ.

Адресная матрица А определяет последовательность вы­борки микрокоманд: на вертикальных шинах Xi, X₂,...., X_s матрицы А устанавливается определенный адрес мик­рокоманды А_мк, передаваемый в РгА_мк.

В момент поступления синхронизирующего импульса СИ дешифратор DCA_MK в соответствии с кодом в РгА_мк возбуждает одну из горизонтальных шин X.- Каждая гори­зонтальная шина X соответствует некоторой микроко­манде. Когда горизонтальная шина X возбуждена, она в свою очередь возбуждает отмеченные точками вертикаль­ные шины управления матрицы У, задавая таким образом

 

 

набор микроопераций, выполняемых в данном такте. На рис. 5.1 точками обозначаются соединения между горизон­тальными и вертикальными шинами. Одновременно эта возбужденная горизонтальная шина X возбуждает соот­ветствующие вертикальные шины матрицы Л, устанавли­вая в РгА_мк номер микрокоманды, которая должна выпол­няться в следующем машинном такте.

Микропрограммный условный переход реализуется триггером условия ТгУ. В зависимости от того, выполня­ется или не выполняется проверочное условие, ТгУ воз­буждает связанную с ним горизонтальную шину матрицы А и в РгА_мк записывается номер следующей микрокоманды. Таким образом при выполнении микропрограммы в каждом машинном такте производится выборка одной микрокоманды и ее преобразование.

Достоинство микропрограммного управления заключа­ется в том, что для изменения вида операции нет необходи­мости в переделке сложных электронных схем, неизбежной в ЭВМ со схемным управлением, а следует только изменить микропрограмму. Это обстоятельство дает возможность в данной ЭВМ использовать программы, составленные для другой ЭВМ, Благодаря этому микропрограммное управле­ние получило широкое распространение в современных ЭВМ.