Понятие о микрооперациях и микропрограммах

Для пояснения логики функционирования ВМ ее целесообразно представить в виде совокупности узлов, связанных между собой коммуникационной сетью (рис.29.). Процесс функционирования вычислительной машины состоит из последова­тельности пересылок информации между ее узлами и элементарных действий, выполняемых в узлах. Понятие узла здесь трактуется весьма широко: от регистра До АЛУ или основной памяти. Также широко следует понимать и термин «элемен­тарное действие». Это может быть установка регистра в некоторое состояние или выполнение операции в АЛУ. Любое элементарное действие производится при Поступлении соответствующего сигнала управления (СУ) из микропрограммного автомата устройства управления. Возможная частота формирования сигналов на

 

 

Рис. 29. Вычислительная машина с позиций микроопераций и сигналов управления

 

выходе автомата определяется синхронизирующими импульсами, поступающими от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Элементарные пересылки или преобра­зования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхрониза­ции, называются микрооперациями. В течение одного такта могут одновременно выполняться несколько микроопераций. Совокупность сигналов управления, вы­зывающих микрооперации, выполняемые в одном такте, называют микрокоман­дой. Относительно сложные действия, осуществляемые вычислительной машиной в процессе ее работы, реализуются как последовательность микроопераций и мо­гут быть заданы последовательностью микрокоманд, называемой микропрограм­мой. Реализует микропрограмму, то есть вырабатывает управляющие сигналы, за­даваемые ее микрокомандами, микропрограммный автомат (МГТА).

 

Способы записи микропрограмм

Для записи микропрограмм в компактной форме используются граф-схемы алго­ритмов и языки микропрограммирования.

Граф-схема алгоритма (ГСА) имеет вид ориентированного графа. При построении графа оперируют пятью типами вершин (рис. 30).

Начальная вершина (см. рис. 30, а) определяет начало микропрограммы и не имеет входов. Конечная вершина (см. рис.30, б) указывает конец микропрограммы, поэтому

 

Рис.30. Разновидности вершин граф-схемы алгоритма: а — начальная; 6 — конечная; в — операторная; г — условная; д — ждущая

 

 

имеет только вход. В операторную вершину (см. рис.30, в) вписывают мик­рооперации, выполняемые в течение одного машинного такта. С вершиной связа­ны один вход и один выход. Условная вершина (см. рис.30, г) используется для ветвления вычислительного процесса. Она имеет один вход и два выхода, соответ­ствующие позитивному («Да») и негативному («Нет») исходам проверки усло­вия, записанного в вершине. С помощью ждущей вершины (см. рис.30, д) можно описывать ожидание в работе устройств. В этом случае выход «Да» соответствует снятию причины, вызвавшей ожидание.

Граф-схемы алгоритмов составляются в соответствии со следующими прави­лами:

1. ГСА должна содержать одну начальную, одну конечную и конечное множество операторных и условных вершин.

2. Каждый выход вершины ГСА соединяется только с одним входом.

3. Входы и выходы различных вершин соединяются дугами, направленными от выхода к входу.

4. Для любой вершины ГСА существует, по крайней мере, один путь из этой вер­шины к конечной вершине, проходящий через операторные и условные верши­ны в направлении соединяющих их дуг.

5. В каждой операторной вершине записываются микрооперации у, соответству­ющие одной микрокоманде Y.

6. В каждой условной вершине записывается один из элементов множества логи­ческих условий х.

7. Начальной вершине ставится в соответствие фиктивный оператор у_а, а конеч­ной — фиктивный оператор y_k. На рис.31. показан пример микропрограммы, записанной на языке ГСА.

 

Рис. 31. Пример граф-схемы микропрограммы

 

 

В примере микрокоманда У_х инициирует микрооперации y_t и у₆, микрокоманда Y₂ — микрооперацию у₂, a F₃- микрооперации у₃,у_А,у₅ и у₇.

 

 

1. Принципы построения современных ЭВМ. Мультипрограммные режимы

Мультипрограммные режимы

 

Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам. При этом в ЭВМ одновременно может обрабатываться несколько программ пользователей.

В ЭВМ, имеющих один процессор, многопрограммная обработка является кажущейся. Она предполагает параллельную работу отдельных устройств, задействованных в вычислениях по различным задачам пользователей. Например, компьютер может производить распечатку каких-либо документов и принимать сообщения, поступающие по каналам связи. Процессор при этом может производить обработку данных по третьей программе, а пользователь — вводить данные или программу для новой задачи, слушать музыку и т.п.

В ЭВМ или вычислительных системах, имеющих несколько процессоров обработки, многопрограммная работа может быть более глубокой. Автоматическое управление вычислениями предполагает усложнение структуры за счет включения в ее состав систем и бло­ков, разделяющих различные вычислительные процессы друг от друга, исключающие возможность возникновения взаимных помех и ошибок (системы прерываний и приоритетов, защиты памяти). Самостоятельного значения в вычислениях они не имеют, но явля­ются необходимым элементом структуры для обеспечения этих вычислений.

 

2. Реализация микроопераций и микропрограмм. Языки микропрограммирования

Языки микропрограммирования

Для детализированного задания микропрограмм используют языки микропрограммирования. Языки микропрограммирования (ЯМП) обеспечивают описание функционирования ВМ в терминах микроопераций.

Если средства языка ориентированы на запись микропрограммы без привязки к конкретным структурам для реализации этой микропрограммы, то такой ЯМП называют языком, функционального микропрограммирования, а соответствующие микропрограммы — функциональными микропрограммами. Функциональная микропрограмма используется как исходная форма для описания функционирования ВМ.

В случае когда средства языка нацелены на описание микропрограмм, привязанных к конкретной реализующей их структуре, ЯМП называют языком струк­турно-функционального микропрограммирования.

 

 

 

 

1. Принципы построения современных ЭВМ. Перспективы развития структур ЭВМ