Процессоры ЭВМ и микропроцессоры. Назначение, структура, основные блоки. RISС и CISС архитектуры процессоров.

Процессором называется устройство, непосредственно осу­ществляющее процесс обработки данных и программное управ­ление этим процессом. Процессор дешифрирует и выполняет команды программы, организует обращения к оперативной па­мяти, в нужных случаях инициирует работу периферийных устройств, воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие из устройств машины и из внешней среды («запросы прерыва­ния»),Процессор занимает центральное место в структуре ЭВМ, так как он осуществляет управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ЭВМ.

В структуру процессора входят следующие части: арифметическо-логическое устройство АЛУ, управляющее устройство (управляющий автомат) УУ, блок управляющих регистров БУР, блок регистровой памяти (местная память) и блок связи с ОП и некоторым внешним

Оперативная (основная) память выполняется в виде отдель­ного устройства

.Арифметическо-логическое устройство процессора выполняет логические и арифметические операции над данными

Управляющее устройство (управляющий автомат) выраба­тывает последовательность управляющих сигналов, инициирую­щих выполнение соответствующей последовательности микроо­пераций, обеспечивающей реализацию текущей команды.

Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения управляющей информации. (содержит регистры и счетчики)

Для повышения быстродействия и логических возможностей процессора и микропроцессора в их состав включают блок ре­гистровой памяти (местную память)

Блок связи (интерфейс процессора) организует обмен ин­формацией процессора с оперативной памятью и защиту участков ОП от недозволенных данной программе обращений, а также связь процессора с периферийными устройствами

Блок контроля и диагностики слу­жит для обнаружения сбоев и отказов в аппаратуре процессора, восстановления работы программы после сбоев

микропроцессоры — функцио­нально законченные, управляемые хранимой в памяти програм­мой (большей частью малоразрядные) устройства обработки цифровой информации, выполненные в виде одной или несколь­ких БИС или СБИС.

Микропроцессоры (МП) отличаются крайне малыми габа­ритными размерами, малой потребляемой мощностью, довольно большим быстродействием, высокой надежностью и дешевиэной.

Микропроцессорные средства производятся в виде микро­процессорных комплектов интегральных микросхем, помимо самого микропроцессора комплект содержит микросхемы, поддерживающие функционирование микропроцессора и расши­ряющие его логические возможности.

Развитие микропроцессоров связано с биполярной и МОП-технологий

МОП-структуры электронных схем позволяют размещать на одном кристалле большое число элементарных схем благодаря их небольшим размерам

Биполярные БИС, обладали намного большим быстродействием, но значительно меньшей плотнос­тью компонентов на кристалле. Поэтому довольно трудно бы­ло построить биполярный микропроцессор на одном кри­сталле.

CISC-архитектура (Complect instruction set computer) комп. С полным набором команд

Risc- архитектура. Развитие архитектуры ЭВМ идет по пути расширения системы команд (cisc),увеличение их сложности до команд языков высокого уровня, следовательно длительное время их выполнения.Это делает более трудным реализацию процессора на одном кристалле интегральной микросхемы. В 80,90 г сформирова­лось направление СНК-архитектура (RISC) архитектуры.СНК-архитектура предполагает реализацию в ЭВМ сокра­щенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратурные средства процессора и благодаря этому получить возможность повысить его быстро­действие.Процессоры Risc исп короткие команды (1 тактовые) одинаковой длины,адресация регистровая, увеличили кол-ва внутренних регистров,ввели регистровые окна- часть регистров используется одновременно неск. программами. Проц RISC превзошли по быстродействию CISC, а выполнение более сложных, но редко встречающих­ся операций обеспечивают подпрограммы. Особенности СНК-архитектуры приводят к такому упрощению структуры процессора, что становит­ся возможной его реализация на одном кристалле. Примером является высокопроизводительный персональный компьютер IBM PC. RT

Управляющие устройства (автоматы) ЭВМ. Функции управляющих автоматов. Классификация управляющих автоматов. Принцип действия управляющего автомата с хранимой в памяти логикой. Микропрограммное управление. Управляющий автомат с жесткой ( аппаратной ) логикой. Методика синтеза управляющего автомата.

управляющий блок(управляющее устройство)- часть цифрового вычислительного устройства, предназна­ченная для выработки последовательностей управляющих фун­кциональных сигналов. Генерируемая управляющим блоком последовательность управляющих сигналов задается поступаю­щими на входы блока кодом Операции, сигналами из операци­онного блока, несущими информацию об особенностях операн­дов, промежуточных и конечного результатов операции, а также синхросигналами, задающими границы тактов.

Формально управляющий блок можно рассматривать как конечный автомат, определяемый:

а)множеством двоичных выходных сигналов V

б)множествами входных сигналов Z и двоичным оповещающим сигналам (U);

в)множеством подлежащих реализации микропрограмм S

Сказанное поясняет, почему управляющие блоки называют управляющими автоматами. Поскольку эти автоматы задаются микропрограммами, они часто именуются микропрограммными автоматами.

Существуют два основных типа управляющих автоматов.

1. Управляющий автомат с жесткой, или схемной, логикой.
Для каждой операции, задаваемой, например, кодом операции команды, строится набор комбинационных схем, которые в нуж­ных тактах возбуждают соответствующие управляющие сигналы

2 Управляющий автомат с хранимой в памяти логикой(с «запоминаемой или программируемой логикой»). Каждой выполняемой в операционном устройстве операции ставится в соответствие совокупность хранимых в памяти слов — микро­ команд, содержащих каждая информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течение одного машинного такта Управляющие автоматы с «жесткой» логикой представляют собой логические схемы, вырабатывающие распределенные во времени управляющие функциональные сигналы

Микропрограммирование

Последовательность микрокоманд, выполняющих одну ма­шинную команду или отдельную процедуру, образует микро­программу. Обычно микропрограммы хранятся в специальной памяти микропрограмм (управляющей памяти Одним из достоинств микропрограммных устройств управле­ния является их наглядность, облегчающая изучение процесса функционирования ЭВМ и их эксплуатацию. Хранимая в памяти микропрограмма должна содержать ин­формацию о функциях переходов и выходов управляющего микропрограммного автомата.

Микропрограммирование широко используется для про­блемной ориентации микропроцессорных устройств и систем при помощи специализированного набора команд, обеспечиваю­щего наиболее эффективное решение определенных задач поль­зователя.

Методика синтеза управляющего автомата

1 Должна быть написана микропрограмма работы управляющего устройства

2 На основе микропрограммы строится граф схема (ГСА )граф Мура или Миля

3 Определяется кол-во элементов памяти для хранения состояний

4 Составляется таблица переходов из сост-я в сост-е с указанием элементов памяти (триггеров)

5 На основе этой таблицы записываются функции возбуждения триггеров(логические)

6 Составляются логические схемы,реализующие эти функции возбуждения

7 Синтезируется выходное устройство и далее все составляющие соединяются между собой и получается управляющий автомат, которому навходы подаются оповещающие сигналы из АЛУ, а выходы из управляющего автомата соединяются с входами АЛУ.