Способ формирования адреса следующей МК

Используются два основных способа адресации – принудительная и естественная.

Принудительная адресация сводится к тому, что в каждой микрокоманде, включая операционные, указывается адрес следующей за ней микрокоманды (рис. 2.10, а).

Естественная адресация характерна тем, что адрес следующей микрокоманды образуется путем увеличения адреса предыдущей микрокоманды на 1. Это позволяет исключить поле адреса из операционных микрокоманд и уменьшить разрядность ПМК.

Для выполнения условных и безусловных переходов в микропрограмме используются управляющие микрокоманды, содержащие адрес перехода и поле признаков (КПР) при обоих типах адресации.

Таким образом, операционные и управляющие микрокоманды должны различаться некоторым признаком (рис. 2.10, б и в). Признак a определяет тип МК (например, a = 1 – операционная).

Коротко остановимся на формировании адреса при естественной адресации. В КПМК есть специальный счетчик адреса микрокоманд (СчА), в котором в конечном итоге формируется адрес следующей микрокоманды. Алгоритм формирования адреса следующей МК зависит от ее типа, а именно:

- операционная МК – после выборки МК СчА:= СчА + 1;

- управляющая МК – после выборки происходит проверка условия, заложенного в МК. Если условие выполняется, то СчА:= АСМК, а если условие не выполняется, то СчА:= СчА + 1.

Кодирование МК

Выбор способа кодирования микрокоманд представляет собой достаточно сложную задачу и зависит от структуры процессора и его целевого назначения, системы команд, быстродействия, и т.д. Рассмотрим только основные способы кодирования микрокоманд.

1. Горизонтальное кодирование (рис. 2.11, а). Это простейший вариант кодирования микрокоманд, при котором каждый разряд поля кода микроопераций однозначно определяет управляющий сигнал для выполнения микрооперации.

Достоинство данного способа состоит в том, что он допускает работу нескольких устройств, т.е. параллельное выполнение ряда МО, что повышает быстродействие.

Недостаток способа – при большом наборе МО (от нескольких десятков до нескольких сотен) возрастает разрядность МК и, следовательно, разрядность ПМК.

2. Вертикальное кодирование (рис. 2.11, б). Это другой подход к кодированию МК с целью максимального сокращения разрядности поля КМО. В этом случае требуется дешифратор МО, который увеличивает временные задержки и, следовательно, время выполнения МО.

 

Рис. 2.11. Кодирование МК: а – горизонтальное, б – вертикальное, в – смешанное,
г – косвенное

Помимо увеличения времени на МО, к недостаткам следует отнести невозможность параллельного выполнения МО.

3. Смешанное кодирование (рис. 2.11, в). Это кодирование устраняет основные недостатки, присущие горизонтальному и вертикальному кодированиям.

При таком кодировании в отдельных полях кода МО объединяют взаимоисключающие наборы МО для обеспечения параллельного выполнения МО с разных полей. Данный способ кодирования находит широкое применение в микропрограммных УУ.

Способы 1), 2), 3) – это прямые способы кодирования. Здесь каждое поле КМО формирует определенный набор управляющих сигналов, интерпретируемых всегда одинаковым образом.

4. Косвенное кодирование (рис. 2.11, г). Этот способ кодирования позволяет еще больше уменьшить разрядность МК. Здесь одно и то же поле можно использовать для формирования СУ для различных блоков, при этом его функции определяются другим полем.

На рис. 2.11 КМО₁ кодирует одну из четырех групп МО, поле КМО₂ определяет реализуемую в данной группе операцию.

Пример:

00 – микрооперации в АЛУ;

01 – МО в памяти и регистрах контроллеров периферийных устройств;

10 – МО безусловного и условного переходов;

11 – константы для загрузки регистров и счетчиков.

КМО₂ позволяет выполнить 64 МО в любой из указанных групп оборудования.

Недостатком такого способа кодирования является увеличение объема оборудования и, следовательно, дополнительных задержек при исполнении МО.

Все рассмотренные выше способы кодирования являются одноуровневыми. В настоящее время используют и двухуровневое кодирование (микрокоманды и нанокоманды).

Синхронизация МК

С этой точки зрения МК делятся на однофазные и многофазные. При этом в МК может быть включен дополнительный разряд, определяющий тип синхронизации.

Достоинством однофазных МК (рис. 2.12, а) является простота технической реализации.

Многофазные МК (рис. 2.12, б) – позволяют минимизировать число МК в памяти, упрощают выполнение сложных МК и связь между приемником и источником информации. Недостатком является большой объем оборудования для формирования многофазных синхросигналов.

 

Рис. 2.12. Синхронизация МК: а – однофазная, б – многофазная

 

Время выполнения некоторых МО бывает существенно меньше рабочего такта процессора (время выполнения одной МК), что позволяет при горизонтальном коди­ровании в одном такте выполнять не только совместимые, но и ряд несовместимых МО. Для этого рабочий такт процессора делят на подтакты (фазы), в каждом из которых выполняется одно или несколько элементарных действий (МО) по реализации МК.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите обобщенную структуру процессора.

2. Как принцип академика Глушкова реализуется в структуре процессора?

3. Почему устройства обработки цифровой информации имеют многоуровневую структуру?

4. Какие операции выполняются в АЛУ? Как в зависимости от реализации этих операций подразделяются АЛУ?

5. Чем отличаются АЛУ блочного типа от многофункциональных АЛУ?

6. Опишите структуру АЛУ простейшего микропроцессора.

7. Опишите общие принципы построения УУ.

8. Укажите основные отличия УУ на жесткой логике от УУ с хранимой в памяти логикой.

9. Перечислите преимущества УУ с жесткой логикой.

10. В чем заключается главный недостаток УУ на жесткой логике?

11. Какое решение было найдено для устранения главного недостатка УУ на жесткой логике?

12. Для чего нужна ПЛМ?

13. Что такое ПЛИС?

14. Опишите структуру УУ с хранимой в памяти логикой.

15. Перечислите варианты взаимного расположения циклов выборка-реализация МК.

16. Охарактеризуйте основные способы формирования адреса следующей МК.

17. Какие форматы микрокоманд бывают?

18. Опишите алгоритмы формирования адреса следующей МК.

19. Назовите способы кодирования МК. Приведите для каждого способа схему кодирования МК.

20. Опишите достоинства и недостатки каждого способа кодирования микрокоманды.

21. Как подразделяются МК с точки зрения синхронизации?

Контрольные задания к главе 2

1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.

2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с его двумя последними цифрами в зачетной книжке. В табл.2.1 а_n-1 – это предпоследняя цифра номера, а_n – последняя цифра. В клетках таблицы стоят номера вопросов, на которые необходимо дать письменный ответ.

 

Номера вопросов Таблица 2.1

an an-1
	1,5,9, 13,17	3,6,10,14,18	4,7,11,16,20	2,8,12,15,19	3,7,9, 13,17	1,6,10,13,21	4,7,9, 13,20	2,5,9, 15,18	1,6,10,14,18	4,7,11,14,17
	2,8,12,16,17	4,8,11,13,21	1,5,9, 16,20	3,8,10,15,18	4,7,11,13,18	2,5,10,16,21	3,6,10,13,17	1,7,12,16,21	4,7,9, 16,19	2,8,12,14,18
	3,6,10,16,20	1,8,12,16,18	4,7,11,15,19	2,6,9, 15,17	1,5,9, 14,18	3,6,10,15,19	4,8,12,14,19	2,8,12,13,20	3,5,10,14,21	1,5,9, 15,19
	2,6,9, 15,21	3,7,11,13,20	1,7,11,14,18	1,5,9, 13,17	3,6,10,14,18	4,7,11,16,20	2,8,12,15,19	3,7,9, 13,17	1,6,10,13,21	4,7,9, 13,20
	2,5,9, 15,18	1,6,10,14,18	4,7,11,14,17	2,8,12,16,17	4,8,11,13,21	1,5,9, 16,20	3,8,10,15,18	4,7,11,13,18	2,5,10,16,21	3,6,10,13,17
	1,7,12,16,21	4,7,9, 16,19	2,8,12,14,18	3,6,10,16,20	1,8,12,16,18	4,7,11,15,19	2,6,9, 15,17	1,5,9, 14,18	3,6,10,15,19	4,8,12,14,19
	2,8,12,13,20	3,5,10,14,21	1,5,9, 15,19	2,6,9, 15,21	3,7,11,13,20	1,7,11,14,18	1,5,9, 13,17	3,6,10,14,18	4,7,11,16,20	2,8,12,15,19
	3,7,9, 13,17	1,6,10,13,21	4,7,9, 13,20	2,5,9, 15,18	1,6,10,14,18	4,7,11,14,17	2,8,12,16,17	4,8,11,13,21	1,5,9, 16,20	3,8,10,15,18
	4,7,11,13,18	2,5,10,16,21	3,6,10,13,17	1,7,12,16,21	4,7,9, 16,19	2,8,12,14,18	3,6,10,16,20	1,8,12,16,18	4,7,11,15,19	2,6,9, 15,17
	1,5,9, 14,18	3,6,10,15,19	4,8,12,14,19	2,8,12,13,20	3,5,10,14,21	1,5,9, 15,19	2,6,9, 15,21	3,7,11,13,20	1,7,11,14,18	1,5,9, 13,17