Функциональная структура МП

Функционально ЦП состоит из двух частей:

· Операционная часть - УУ, АЛУ и МПП (кроме нескольких регистров)

· интерфейсная система – адресные регистры МПП, блок регистров команд, блок формирования адреса, схемы управления шиной и портами.

Обе части МП работают параллельно, при этом интерфейсная часть опережает операционную, т.ч. выборка очередной команды из памяти (запись её в блок регистров команд и предварительный анализ) выполняется при выполнении операционной частью предыдущей команды (разные варианты конвейерного режима).

Устройство Управления (УУ)

УУ – самое сложное устройство ПК. Его функция – выработка управляющих сигналов, передаваемых по шинам управления во все блоки ПК.

Функциональная схема УУ

Регистр команд хранит текущую команду (код операции и адреса операндов). Он расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд.

Дешифратор команд – блок, выбирающий по коду команды один из множества своих выходов

ПЗУ микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы, необходимые для выполнения запрошенной операции. Выбранный дешифратором команд выход определяет нужную микропрограмму.

Блок формирования адреса (в интерфейсной части МП) – вычисляет адрес ячейки памяти или регистра на основании данных регистра команд и регистров МПП.

Шины данных, адреса и команд - часть внутренней интерфейсной шины МП.

АЛУ

АЛУ выполняет над данными арифметические и логические операции.

Функционально простейшее АЛУ состоит из двух регистров, сумматора и схем управления.

Сумматор – схема, выполняющая сложение поступающих на её вход двоичных кодов. Размерность сумматора – двойное машинное слово.

Регистры – быстрые ячейки памяти различной длины. На рисунке регистр1 имеет разрядность двойного слова, а регистр2 – слова. Во время операции в регистр1 помещается первое число, определённое в команде, а в регистр2 – второе число. По завершении операции результат помещается в регистр1. Т.о. регистр1 может и принимать и выдавать данные с шин данных, а регистр2 – только принимать.

Схемы управления – принимают по шинам управления управляющие сигналы от УУ и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора.

Функциональная схема АЛУ

АЛУ выполняет арифметические операции только над целыми двоичными числами. Операции над двоично-кодированными десятичными числами или над числами с плавающей запятой выполняет либо математический сопроцессор, либо программы.

Рассмотрим пример выполнения команды умножения двух двоичных чисел 1101 и 1011. Множимое находится в регистре1, а множитель – в регистре2. Операция выполняется в несколько тактов. В каждом такте число из регистра1 пройдёт в сумматор, только в случае, если в младшем разряде регистра2 будет единица.

Такт 1: число 1101 пойдёт в сумматор и сдвинется на 1 разряд влево, а число в регистре2 – на 1 разряд вправо. В конце такта после сдвигов в регистре1 будет число 11010, а в регистре 2 - число 101.

Такт 2: число из регистра1 пойдёт в сумматор. В конце такта числа в регистрах опять будут сдвинуты так, что в регистре1 станет 110100, а в регистре2 – 10.

Такт 3: число из регистра1 не пойдёт в сумматор. В конце такта будет: в регистре1 – 1101000, а в регистре2 – число 1

Такт 4: число из регистра1 пойдёт в сумматор. В конце такта будет: в регистре1 – 1101000, а в регистре2 –число 0. здесь операция закончится. В результате в сумматор последовательно поступят и сложатся числа: 1101, 11010, 1101000, их сумма будет равна 10001111 (143 десятичных) – это произведение чисел 1101 и 1011 (13 и 11 десятичных)