Арифметико-логическое устройство

Содержание

Слайд 2

Вопросы лекции Принцип микропрограммного управления, операционный автомат, управляющий автомат, УА с

Вопросы лекции

Принцип микропрограммного управления,
операционный автомат,
управляющий автомат,
УА с «жесткой

логикой»,
УА с программируемой логикой.
Слайд 3

Принцип микропрограммного управления Выработка управляющих сигналов путем последовательного считывания и декодирования

Принцип микропрограммного управления

Выработка управляющих сигналов путем последовательного считывания и декодирования информационных

слов, расположенных в ячейках постоянной памяти.
Одно информационное слово, считанное из постоянной памяти, представляет собой микрокоманду, содержащую информацию, управляющую отдельными действиями в машине в течение одного машинного такта.
Слайд 4

Преимущества позволяет строить более регулярные схемы УА, создавать эффективные системы диагностики

Преимущества

позволяет строить более регулярные схемы УА, создавать эффективные системы диагностики для

автоматического поиска неисправностей, упрощает документирование алгоритмов работы УА.  
Слайд 5

Недостатки трудность получения высокого быстродействия машины, так как это требует резкого

Недостатки

трудность получения высокого быстродействия машины, так как это требует резкого повышения

скорости работы микропрограммной памяти, и наличие большого количества связей устройства центрального управления машины с остальными устройствами.  
Слайд 6

Операционное устройство - предназначено для выполнения операции над операндами в соответствии с кодом выполняемой команды.

Операционное устройство

- предназначено для выполнения операции над операндами в соответствии с

кодом выполняемой команды.
Слайд 7

Функциональная и структурная организация операционных устройств базируется на принципе микропрограммного управления, который состоит в следующем:

Функциональная и структурная организация операционных устройств базируется на принципе микропрограммного управления,

который состоит в следующем:
Слайд 8

Функция ОУ выполнение заданного множества операций F={f1,...,fG} над входными словами D={d1,...,dH}

Функция ОУ

выполнение заданного множества операций F={f1,...,fG} над входными словами D={d1,...,dH} c целью вычисления

слов R={r1,...,rQ}, которые представляют результаты операций R=fg(D), где g=1,2,...,G.
Слайд 9

Функциональная и структурная организация операционных устройств базируется на принципе микропрограммного управления, который состоит в следующем:

Функциональная и структурная организация операционных устройств базируется на принципе микропрограммного управления,

который состоит в следующем:
Слайд 10

1. Любая операция fg(g=1,...,G), реализуемая устройством, рассматривается как сложное действие, которое

1. Любая операция fg(g=1,...,G), реализуемая устройством, рассматривается как сложное действие, которое разделяется

на последовательность элементарных действий над словами информации. Эти элементарные действия называются микрооперациями.
Слайд 11

2. Для управления порядком следования микроопераций используются логические условия, которые в

2. Для управления порядком следования микроопераций используются логические условия, которые в зависимости

от значений слов, преобразуемых микрооперациями, принимают значения "ложь" или "истина" (1 или 0).
Слайд 12

3. Процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, который

3. Процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, который

представляется в терминах микроопераций и логических условий и называется микропрограммой. Микропрограмма определяет порядок проверки значений логических условий и следования микроопераций, необходимый для получения требуемых результатов.
Слайд 13

4. Микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой

4. Микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой

определяется структура и порядок функционирования устройства во времени.
Слайд 14

ИТОГ Структура и порядок функционирования операционных устройств предопределяется алгоритмом выполнения операции

ИТОГ

Структура и порядок функционирования операционных устройств предопределяется алгоритмом выполнения операции F={f1,...,fG}.
К элементарным

действиям над словами информации микрооперациям относятся: передача информации из одного регистра в другой, взятие обратного кода, сдвиг и т.д.
Слайд 15

Операционный автомат арифметико-логического устройства

Операционный автомат арифметико-логического устройства

Слайд 16

Слайд 17

Операционный блок (ОПБ) представляет собой часть АЛУ, которая выполняет арифметические и

Операционный блок (ОПБ) представляет собой часть АЛУ, которая выполняет арифметические и логические

операции над поданными на вход операндами. Выбор конкретной операции из возможного списка операций данного ОПБ определяется кодом операции команды.
Слайд 18

Регистры РХ и PY обеспечивают сохранение операндов на входе операционного блока

Регистры РХ и PY обеспечивают сохранение операндов на входе операционного блока вплоть до получения

результата операции и его записи в аккумулятор (ВЫХОДНОЙ РЕГИСТР).
Слайд 19

Регистр признаков (РПр) предназначен для фиксации и хранения признаков (фла­гов), характеризующих

Регистр признаков (РПр) предназначен для фиксации и хранения признаков (фла­гов), характеризующих результат

последней выполненной арифметической или логической операции.
Содержимое РПр обычно используется уст­ройством управления АЛУ и процессора для реализации условных переходов по результатам операций АЛУ. Под каждый из возможных признаков отводится один разряд РПр.
Слайд 20

Аккумулятор (Ак) — это регистр, который выполняет различные функции; в него

Аккумулятор (Ак) — это регистр, который выполняет различные функции; в него предварительно

загружается один из операндов, участвую­щих в арифметической или логической операции. В Ак может храниться резуль­тат предыдущей команды и в него же заносится результат очередной операции. Через Ак зачастую производятся операции ввода и вывода.
Слайд 21

Устройство управления процессора Функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение

Устройство управления процессора

Функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд

программы, реализует устройство управления (УУ) вычислительной машины.
Процесс выполнения программы в ВМ представляет собой последовательность машинных, так называемых командных циклов.
Слайд 22

Структурная и функциональная организация устройства управления процессора В ходе выполнения типового

Структурная и функциональная организация устройства управления процессора

В ходе выполнения типового командного

цикла УУ должно выполнять следующие основные функции:
выборка команды из памяти;
декодирование операционной части (кода операции), выбранной на предыдущем шаге команды;
Слайд 23

формирование адреса следующей команды; на это выделяется специальный такт работы; формирование

формирование адреса следующей команды; на это выделяется специальный такт работы;
формирование исполнительного

адреса операнда или адреса перехода; причем эта функция имеет столько модификаций, сколько способов адресации (СА) предусмотрено в системе команд ВМ;
Слайд 24

выборка операнда из памяти по исполнительному адресу, сформированному на предыдущем этапе;

выборка операнда из памяти по исполнительному адресу, сформированному на предыдущем этапе;
исполнение

операции; причем количество ее модификаций равно количеству операций в системе команд ВМ.
Слайд 25

Элементарные преобразова­ния информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации блока

Элементарные преобразова­ния информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации блока

УУ, называются микрооперациями (МО).
Совокупность сигналов управления, вызываю­щих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду (МК).
Слайд 26

Последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок шагов при реализации машинного цикла,

Последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок шагов при реализации машинного цикла,

принято называть микропрограммой. 
Сиг­налы управления вырабатываются устройством управления, а точнее, основным его узлом – микропрограммным автоматом (МПА).
Слайд 27

Обобщенная структура УУ

Обобщенная структура УУ

Слайд 28

В состав управляющей части УУ входят: регистр команды (РК), состоящий из

В состав управляющей части УУ входят:

регистр команды (РК), состоящий из адресной

и операционной частей;
микропрограммный автомат (МПА);
узел прерываний и приоритетов (УПП).
Слайд 29

В зависимости от способа формирования микрокоманд различают микропрог­раммные автоматы: с жесткой

В зависимости от способа формирования микрокоманд различают микропрог­раммные автоматы:

с жесткой или аппаратной

логикой;
с программируемой логикой.
Слайд 30

Адресная часть УУ обеспечивает формирование адресов команд и исполнитель­ных адресов операндов

Адресная часть УУ обеспечивает формирование адресов команд и исполнитель­ных адресов операндов

в основной памяти и содержит следующие узлы:
операционный узел устройства управления (ОПУУ);
регистр адреса (РгА);
счетчик команд (СК).
Слайд 31

Микропрограммный автомат (МПА) с жесткой логикой При создании такого МПА выходные

Микропрограммный автомат (МПА) с жесткой логикой

При создании такого МПА выходные

сигналы управления образуются как выходные сигналы, реализующих за счет соответствующих схем соединения логических элементов функциональное логическое преобразование входных сигналов логических условий с учетом внутреннего состояния автомата.
Слайд 32

Пошаговое исполнение микропрограммы командного цикла реализуется путем создания последовательной цепи смены

Пошаговое исполнение микропрограммы командного цикла реализуется путем создания последовательной цепи смены

состояний автомата в соответствии с логическими функциями переходов.
Слайд 33

Процесс управления исполнением команд состоит из: ведущего устройства управления процессором (УУпр)

Процесс управления исполнением команд состоит из:
ведущего устройства управления процессором (УУпр)
ведомых

(подчиненных) автоматов:
устройства управления АЛУ (УУ АЛУ)
контроллера кэш-памяти
Слайд 34

Слайд 35

Микропрограммный автомат с жесткой логикой Исходной информацией для УУ служит содержимое

Микропрограммный автомат с жесткой логикой

Исходной информацией для УУ служит содержимое регистра

команды, флаги, тактовые импульсы и сигналы, поступающие с шины управле­ния.
Слайд 36

Слайд 37

Код операции, хранящийся в РК, используется для определения того, какие СК

Код операции, хранящийся в РК, используется для определения того, какие СК

и в какой последовательности должны формироваться, при этом, с целью уп­рощения логики управления, желательно иметь в УУ отдельный логический сиг­нал для каждого кода операции. Это может быть реализовано с по­мощью дешифратора.
Слайд 38

Сигналы управления, по которым выполняется каждая микрооперация, должны вырабатываться в строго

Сигналы управления, по которым выполняется каждая микрооперация, должны вырабатываться в строго

определенные моменты времени, поэтому все СУ «при­вязаны» к импульсам синхронизации (СИ), формируемым узлом синхроимпуль­сов.
Слайд 39

Процесс синтеза схемы МПА с жесткой логикой называется структурным син­тезом и

Процесс синтеза схемы МПА с жесткой логикой называется структурным син­тезом и

разделяется на следующие этапы:

выбор типа логических и запоминающих элементов;
кодирование состояний автомата;
синтез комбинационной схемы, формирующей выходные сигналы.

Слайд 40

Микропрограммный автомат с программируемой логикой Особенностью микропрограммного автомата с программируемой логикой

Микропрограммный автомат с программируемой логикой

Особенностью микропрограммного автомата с программируемой логикой является

хранение микрокоманд в виде кодов в памяти микропрограмм.
Каждой команде ВМ в этом ЗУ в явной форме соответствует микропрограмма, поэтому часто УУ, в состав которых входит микропрограммный автомат с программируе­мой логикой, называют микропрограммными.
Слайд 41