22971

Системний контролер.Керуючий пристрій. Мікропрогамування

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Мікропрогамування Як вже йшлося вище слово стану видається мікропроцесором у першому такті кожного машинного циклу і триває тільки один такт. Тому слово стану повинно десь зберігатися напротязі усього циклу. Роль такого хранителя слова стану виконує спеціальний пристрій що є обовязковою частиною мікропроцесорної системи і має назву системного контролера. Другою функцією системного контролера є перетворення коду слова стану в керуючі сигнали котрі безпосередньо подаються вже на основну память або зовнішні пристрої і керують їх роботою.

Украинкский

2013-08-04

2.88 MB

3 чел.

Лекція N5

Системний контролер.Керуючий пристрій.

Мікропрогамування

Як вже йшлося вище, слово стану видається мікропроцесором у першому такті кожного машинного циклу і триває тільки один такт. Але ж вказівки проте, що має бути зроблено у цьому циклі, мають діяти протягом всього циклу. Тому слово стану повинно десь зберігатися напротязі усього циклу. Роль такого хранителя слова стану виконує спеціальний пристрій, що є обов’язковою частиною мікропроцесорної системи і має назву системного контролера.

Другою функцією системного контролера є перетворення коду слова стану в керуючі сигнали, котрі безпосередньо подаються вже на основну пам’ять або зовнішні пристрої і керують їх роботою. Таких сигналів шість . Всі вони є інверсними (тобто їх активним рівнем є логічний нуль, низький рівень напруги). Ось вони:

 -  читання з основної пам’яті;

 -  запис у пам’ять;

 -  введення інформації з зовнішнього пристрою в акумулятор  (читання від зовнішнього пристрою);

 -  виведення інформації у зовнішній пристрій (запис у зовнішній пристрій);

  -  робота за перериваннями;

  -  зупинка мікропроцесора.

Оскільки основною функцією системного контролера є зберігання слова стану, головною його частиною має бути регістр. Блок-схема одного з можливих варіантів будови системного контролера зображена на рис.5.1.

Слово стану з шини даних мікропроцесора потрапляє на D - входи  паралельного  регістру і по сигналу  (вибір кристалу) записується в регістр.  Цей інверсний сигнал, що має назву строба слова стану, може бути взятий, наприклад, з виходу SYNC мікропроцесора, на якому високий рівень виникає щоразу на початку машинного циклу разом зі словом стану. Треба лише проінвертувати сигнал SYNC.1)

Записане в регістрі слово стану відтворюється на його виходах  Q0 - Q7 і зберігається доти, доки не буде замінено на інше слово стану у наступному машинному циклі. Далі керуючі сигнали формуються за допомогою логічних схем.

Сигнал  (читання з пам’яті) формується як, тобто як кон’юнкція  (з наступною інверсією) сигналу  (читання з пам’яті) і  (строба читання).

Сигнал   (читання з зовнішнього пристрою) = , тобто кон’юнкція  сигналу  (введення  з ЗП) та  (строба читання).

 = .

 (виведення на ЗП) дорівнює  - кон’юнкція  (виведення на ЗП) і  інвертованого сигналу  - строба запису. 2)

 = -  кон’юнкція інверсії від (тобто це не є запис до ЗП) та  інверсії від строба запису .

Саме така схема системного контролера  з регістром К589ИР12 і логічними схемами застосовується у навчальному мікропроцесорному  пристрої “Мікролаб”.

Проте окрім таких системних контролерів, зібраних з окремих ІМС, промисловість випускає готові ВІС системного контролера типу КР580ВК28. Його блок-схему зображено на рис .5.2. У склад цього контролера входить двоспрямований шинний формувач, що виконує також функції буферного регістру ШД. Цей шинний формувач являє собою підсилювач і розвязує D - виходи мікропроцесора відносно системної (зовнішньої магістральної) шини даних.

Регістр слова стану по стробу  (або  від ГТІ ГФ24)  записує та зберігає слово стану, а декодуюча схема, що містить логічні елементи, перетворює слово стану  і сигнали  та , що надходять від мікропроцесора, в інверсні керуючі сигнали.  

 Робота керуючого пристрою

Командами, що зберігаються в ОЗП  (або у ПЗП), перед мікропроцесором ставиться загальне завдання, котре він має виконати. Так, наприклад, командою MVI A,D8 наказується переписати дані  D8, що виставлені на магістральну шину, в акумулятор. А  команда MOV B,A вказує що слід переписати вміст акумулятора в робочий регістр В.

Конкретна реалізація цих завдань покладається на керуючий пристрій (КП). Він повязаний лініями керуючих сигналів з усіма блоками мікропроцесора і розсилає в певній послідовності керуючі сигнали (мікрокоманди), якими приводяться у дію (активізуються) ці блоки.

Роботу мікропроцесора можна уподобити роботі іерархічно організованої системи, наприклад, заводу. Скажімо, перед заводом поставлено план виготовлення деяких виробів. В нашому випадку аналогом такого плану є програма записана в основну память ЕОМ. З планово-виробничого відділу заводу у цех надходить наказ виготовити стільки-то таких-то деталей. Керівництво цеху розподіляє завдання між ділянками та окремими робітниками, вказуючи їм, що саме треба робити і у якій послідовності, щоб реалізувати поставлене перед цехом завдання. На цьому ж найнижчому керівному рівні узгоджується робота цеху зі складом, регулюється надходження матеріалів, інструментів та зберігання напівготової продукції.

В мікропроцесорній системі роль такої низової керівної ланки відіграє саме керуючий пристрій. Його основна роль полягає в тому, щоб у відповідні моменти часу зєднувати або розєднувати між собою входи та виходи окремих блоків мікропроцесора. Тим самим утворюються тимчасові комунікаційні структури, по яких відбувається “перетікання” інформації від одного блоку до іншого і здійснюються елементарні логічні та арифметичні операції.

Роль таких комутаторів (електронно керованих ключів та перемикачів) виконують вентильні елементи - конюнктори (елементи “І”), котрі відкриваються або закриваються сигналами керуючого пристрою.

Так наприклад, для виконання команди MVI A,D8 мають бути виконані такі операції:

а) відкрити вентилі на вході буферного регістру даних БРД. Тим самим дані D8, що виставлені на магістральну шину, записуються до БРД і магістральна шина вивільняється;

б) відкрити вентилі на виході БРД, на вході акумулятора і підключити їх до внутрішньої шини даних мікропроцесора. При цьому інформація з БРД переписується у акумулятор.

Для виконання команди MOV  B,A   вихід акумулятора і вхід робочого регістру В повинні бути підключені через відповідні вентилі до внутрішньої шини даних.

Для здійснення логічних або арифметичних операцій мають бути виконані такі дії: перший операнд повинний бути заздалегідь записаний до акумулятора; другий операнд з внутрішньої шини даних  вводиться у перший буферний регістр БР1; разом з тим перший операнд подається з акумулятора в БР2 (акумулятор вивільняється); на керівні входи АЛП подається керуюче слово потрібної операції і результат записується до акумулятора.

Мікропрограмування

Таким чином загальна задача - виконання команди (або машинного циклу) розкладається на ряд окремих елементарних дій - мікрооперацій, які виконуються у певній послідовності і в темпі, що задається тактовими імпульсами. Мікрооперації виконуються під дією електричних сигналів, котрі керуючий пристрій (КП) розсилає по лініях керування до вентилів, що стоять на входах і виходах кожного з блоків мікропроцесора. На кожну мікрооперацію складається мікрокоманда, в котрій вказується до яких керованих кіл повинні надходити імпульси у даному такті.

Мікрокоманди записані в ПЗП керуючого пристрою (або в його програмовану логічну матрицю - ПЛМ) у вигляді багаторозрядних слів, кожному розряду котрих відповідає сигнал, що діє на вхідні або вихідні вентилі того чи іншого вузла або блока мікропроцесора. Якщо у розряді стоїть одиниця, то відповідний вентиль відкривається і вузол активізується, якщо ж нуль, то цей вентиль залишається закритим.

Труднощі полягають однак у тому, що кожна команда складається з кількох машинних циклів, а кожний цикл виконується за кілька тактів, причому кожному такту відповідає своя мікрокоманда. Отже, кожна команда реалізується не однією, а цілою послідовністю мікрооперацій. Така послідовність мікрокоманд має назву мікропрограми.

Все це означає що у відповідь на дешифровану команду КП повинний запустити в роботу відповідну мікрокоманду, яка зберігається в його внутрішній так званій керуючій памяті. Ця керуюча память в якійсь мірі подібна до основної памяті ЕОМ - вона складається з багаторозрядних комірок памяті, кожна з яких має свою індивідуальну адресу. Сам же керуючий пристрій подібний до малої ЕОМ, вбудованої в мікропроцесор. Отже, окрім вже відомого нам буферного регістру команд, дешифратора команд і ПЗП, що виробляє керуючі імпульси мікрокоманд, КП містить ще керуючу память, лічильник мікрокоманд і інші вузли, подібні до тих, які входять звичайно у склад мікропроцесора або ЕОМ.

При виконанні мікропрограми важлива вірна послідовність мікрокоманд. Тому мікрокоманда складається звичайно так, щоб крім дій, що їх має виконувати операційний пристрій, в ній містилась також адреса наступної мікрокоманди. Ця друга мікрокоманда запускає третю, та четверту, тощо, аж до останньої мікрокоманди, яка означає кінець мікропрограми. Такі мікрокоманди мають назву операційних мікрокоманд.

Однак   крім таких безумовних переходів від одної мікрокоманди до  наступної, можливі також умовні переходи, котрими здійснюється розгалужування мікропрограми. Такі умовні переходи відбуваються в залежності від результатів, одержаних від попередньої дії.  Мікрокоманди, за якими здійснюються подібні умовні переходи, мають назву керуючих мікрокоманд. При виконанні керуючої мікрокоманди до КП пересилається вміст вказаного в мікрокоманді одного з регістрів МП.  З нього виділяється вказаний  керуючою мікрокомандою біт, з котрим порівнюється певний біт самої керуючої мікрокоманди. Таким опитуваним регістром мікропроцесора найчастіше буває регістр ознак, з якого запозичаються відомості про якісний характер одержаного результату попередньої дії. Якщо результат порівняння є позитивним, то в лічильник мікрокоманд пересилається закладене в керуючій команді адреса, за якою має обиратися наступна мікрокоманда. Умовний перехід відбувся. У протилежному випадку ніяких стрибків у послідовності адрес не відбувається і в наступному такті виконується мікрокоманда розташована за адресою безпосередньо за  виконаною.

Побудування керуючих пристроїв та їх мікропрограмування являє вельми складну (мабуть найскладнішу) область теорії  і практики конструювання мікропроцесорів. В однокристальному мікропроцесорі КР580ВМ80 робота КП цілком схована від користувача і той немає ніякої змоги до неї втрутитися.

На відміну від цього в секціонованих (модульних) мікропроцесорах, наприклад, серії 589, взаємозвязок між окремими ІМС, що складають мікропроцесор, здійснюється на рівні мікрокоманд. Такі мікропроцесори доводиться програмувати на мікрокомандному рівні, перекладаючи на мову мікрокоманд програму задану в машинних кодах.

На закінчення слід підкреслити іерархічний характер  організації ЕОМ:  в ній є дві памяті, два набори команд і дві програми - традиційного машинного рівня і мікрокомандного рівня. Але з точки зору користувача однокристального МП він “бачить” лише рівень машинних команд, мікрокомандний рівень йому недоступний.

Те ж і по відношенню до мов, котрі також утворюють іерархічну систему: спочатку йдуть мови високого рівня (Фортран, Бейсик, Паскаль), далі машинні мови низького рівня і, нарешті, на самому споді - недоступні для користувача мови мікрокоманд.    

1 ) Там, де використовується окремий генератор тактових імпульсів КР580ГФ24, сигнал стробу слова стану подається на  вхід регістра зі спеціального виходу генератора ГФ24.

2 ) Інвертування сигналу  перетворює його на сигнал.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45140. Реформы государственного управления при Александре II 6.43 KB
  Реформа муниципального управления при Александре II Земская реформа После крестьянского Положения в ряду административных реформ одно из важнейших мест занимает без всякого сомнения Положение о губернских и уездных земских учреждениях которое было издано 1 января 1864 года. Городская реформа 16 июня 1870 года было издано Городовое положение по которому в 509 из 1130 городах вводилось выборное самоуправление городские думы избираемые на четыре года. Военная и судебная реформы при Александре II Судебная реформа В числе реформ одно из...
45141. Политическая модель Александра 3. Внутренняя и внешняя политика Александра III Миротворца. Период лавирования 14.18 KB
  Политическая модель Александра 3 Внутренняя и внешняя политика Александра III Миротворца Период лавирования Есть мнение что в 18791881 годах в России сложилась революционная ситуация. народовольцами Александра II коренным образом повлияло на дальнейшую внутреннюю политику самодержавия. Приход к власти Александра обозначил новый поворот от либерального реформизма к реакции. Александр III считавший реформы Александра II слишком либеральными начал эпоху контрреформ.
45142. Политическая модель Александра III 13.58 KB
  Политическая модель Александра III. Период лавирования:Приход к власти Александра обозначил новый поворот от либерального реформизма к реакции.Александр III считавший реформы Александра II слишком либеральными начал эпоху контрреформ. Внешняя политика Александра III Миротворца В области внешней политики период царствования Александра III характеризуется почти полным отсутствием войн: только небольшие боевые действия в Туркмении на этом завершилось присоединение Средней Азии к России.
45143. Национальный вопрос в государственном управлении России 19- начале 20 вв 13.87 KB
  Национальный вопрос в государственном управлении России 19 начале 20 вв. На окраинах России под влиянием развития капитализма формировались национальная буржуазия и интеллигенция происходил рост национального самосознания. Хищническая эксплуатация окраин бедность и бесправие живущих там народов вызывали массовую эмиграцию из России и развитие национального движения. В целом для внутриполитической системы России в начале XX в.
45144. Свяще́нный сино́д Ру́сской правосла́вной це́ркви 19.74 KB
  По упразднении Петром I 1701 год патриаршего управления церковью с 1721 года вплоть до августа 1917 года номинально существовал до 1 14 февраля 1918 года учреждённый им Святейший Правительствующий Синод был высшим государственным органом церковноадминистративной власти в Российской империи заменявшим собой патриарха в части общецерковных функций и внешних сношений а также соборы всех епископов поместной церкви. Учреждение и функции 16 октября 1700 года скончался патриарх Адриан. В течение 1720 года проходило подписание Регламента...
45146. Думская монархия 15.57 KB
  Всего было 4 созыва Государственной думы. Новой основой законодательной компетенции Государственной думы стал п. установивший как незыблемое правило чтобы никакой закон не мог восприять силу без одобрения Государственной думы. 86 Основных законов Российской империи в редакции 23 апреля 1906: Никакой новый закон не может последовать без одобрения Государственного совета и Государственной думы и восприять силу без утверждения Государя Императора.
45147. Кризисы государственного управления периода правления Николая II 12.86 KB
  Первая русская революция ставшая ярким показателем необходимости реформ так и не стала для императора той ступенью которая могла бы направить страну на путь преобразования и развития. Вступление императора на должность главнокомандующего в условиях войны было бесполезным шагом так как Николай не обладал даром командования войсками и этот шаг был простой формальностью которая тем не менее не принесла никаких положительных результатов. Ситуация внутри страны продолжает накаляться и вместе с тяжелым положением во внешней политике ставит...
45148. Формирование партийно-государственной системы большевиков 1917-1921 гг 26.46 KB
  Съезд принял постановление О федеральных учреждениях Российской Республики и оформил создание Российской Социалистической Федеративной Советской Республики РСФСР. РСФСР учреждалась на основе свободного союза народов как федерация советских национальных республик. Весной 1918 года начался процесс оформления государственности народов населявших РСФСР. Советская Россия неофициальное наименование[7] самостоятельного социалистического российского государства в период после Октябрьской революции 1917 года и до образования СССР в 1922 году с...