Назначение устройства управления (УУ). (л11)

Алгоритм работы УУ при выполнении машинной команды.

Два типа УУ. Их отличия.

Привести пример последовательности действий (шагов) при сложении двух чисел.

Устройство управления управляет работой АЛУ и внутренних регистров в процессе выполнения команды. Согласно коду операций, содержащемуся в команде, оно формирует внутренние сигналы управления блоками МП. Адресная часть команды совместно с сигналами управления используется для считывания данных из определенной ячейке памяти или для записи данных в ячейку. По сигналам УУ осуществляется выборка каждой новой, очередной команды.

Приведем алгоритм работы УУ при выполнении машинной команды:

Существует два основных типа УУ:

1. УУ с жесткой (аппвратной) логикой или схемной логической. Для каждой операции строится набор комбинационных схем, которые в нужных тактах вырабатывают управляющие сигналы.

2. УУ с гибкой, т. е. с хранимой в памяти программируемой логикой. Каждой операции ставится в соответствие в памяти микрокоманда, выполняемая в течение одного машинного такта и указание, какое должно быть выбрано из ОП следующее слово.

В аппаратных (схемных) устройствах управления каждой операции соответствует свой набор логических схем, вырабатывающих определенные функциональные сигналы для выполнения микроопераций в определенные моменты времени. При этом способе построения устройства управления реализация микроопераций достигается за счет однажды соединенных между собой логических схем, поэтому ЭВМ с аппаратным устройством управления называют ЭВМ с жесткой логикой управления. Это понятие относится к фиксации системы команд в структуре связей ЭВМ и означает практическую невозможность каких-либо изменений в системе команд ЭВМ после ее изготовления.

При микропрограммной (гибкой) реализации устройства управления в состав последнего вводится ПЗУ, каждый разряд выходного кода которого определяет появление определенного функционального сигнала управления. Поэтому каждой микрооперации ставится в соответствие свой информационный код - микрокоманда. Набор микрокоманд и последовательность их реализации обеспечивают выполнение любой сложной операции. Набор микроопераций называют микропрограммами. Способ управления операциями путем последовательного считывания и интерпретации микрокоманд из ЗУ (наиболее часто в виде микропрограммного ЗУ используют быстродействующие программируемые логические матрицы), а также использования кодов микрокоманд для генерации функциональных управляющих сигналов называют микропрограммным, а ЭВМ с таким способом управления - микропрограммными или с хранимой (гибкой) логикой управления.

В целом же, принцип микропрограммного управления (ПМУ) включает следующие позиции:
1) любая операция, реализуемая устройством, является последовательностью элементарных действий - микроопераций;
2) для управления порядком следования микроопераций используются логические условия;
3) процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логических условий, называемого микропрограммой;
4) микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой определяются структура и порядок функционирования устройства во времени.

Программа состоит из машинных команд. Программа загружается в оперативную память компьютера. Затем программа начинает выполняться, то есть процессор выполняет машинные команды в той последовательности, в какой они записаны в программе.

Для того чтобы процессор знал, какую команду нужно выполнять в определённый момент, существует счётчик команд IP – специальный регистр, в котором хранится адрес команды, которая должна быть выполнена после выполнения текущей команды. То есть при запуске программы в этом регистре хранится адрес первой команды. В процессорах Intel в качестве счётчика команд (его ещё называют указатель команды) используется регистр EIP в 32-разрядных (или IP в 16-разрядных) программах.

Цикл выполнения команды:

1. Выбрать из очереди команд команду, на которую указывает счётчик команд IP.
2. Определить адрес следующей команды в очереди команд и записать адрес следующей команды в счётчик команд.
3. Декодировать команду.
4. Если в команде есть операнды, находящиеся в памяти, то выбрать операнды.
5. Выполнить команду и установить флаги.
6. Записать результат в память (по необходимости).
7. Начать выполнение следующей команды с п.1.

Привести пример последовательности действий (шагов) при сложении двух чисел.

Задание:

записать последовательность шагов при выполнении команды

сложения содержимого регистров аккумулятора АХ и базового ВХ, результат поместить на место первого операнда. Содержимое регистров: АХ=56С4 Н; ВХ=1038 Н.

Решение:

в мнемонике Ассемблера:

ADD AX,BX

 

В машинных кодах команда выглядит так:

00000011 11000011.

Последовательность шагов при выполнении команды:

1. По счетчику команд IP определяется адрес выполняемой команды, которая извлекается из памяти и помещается в регистр команд процессора с помощью УУ (СОР=000000).

2. УУ в счетчике команд IP формирует адрес следующей команды: выполняемая команда имеет длину 2 байта, значит содержимое регистра IP увеличится на 2 (IP+2).

3. Декодируется команда, т.е. УУ определяет тип команды и посылает в АЛУ сигналы управления, соответствующие типу выполняемой команды (арифметическое сложение).

4. УУ подает операнды из АХ=56С4 Н и ВХ=1038 Н в регистры операндов АЛУ (если операнды находятся в ОП, то УУ производит их выборку и передачу в регистры операндов АЛУ).

5. АЛУ выполняет указанную команду:

 

+ 0001000000111000

= 0110011011111100

Результат: 66FC H

УУ сохраняет результат в заданном месте (в нашем случае в регистре АХ=667С Н) и обновляет содержимое регистра FLAGS в соответствии с результатом выполненной команды:

флаг знака ZF=0;

флаг нуля SF=0;

флаг паритета (чет или нечет) PF=1.

 

Можно оформить в виде таблицы.

0 шаг	1 шаг	2 шаг	3 шаг	4 шаг	5 шаг
АХ-=56С4	АХ-=56С4	АХ-=56С4	АХ-=56С4	УУ передает	АХ=66FC
ВХ=1038	ВХ=1038	ВХ=1038	ВХ=1038	АХ, ВХ в регистры	ВХ=1038
IP	УУ по IP передает	IP + 2	УУ декодирует	операндов АЛУ	АЛУ выполняет
	из ОП команду		команду и посылает		команду и
	в регистр МП		в АЛУ сигналы		устанавливает
			соответствующие		флаги в регистре
			коду операции		FLAGS
			(СОР=000000)П		(ZF=0; SF=0; PF=1)