Назначение и классификация цуу

Центральное устройство управления — это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. ЦУУ вырабатывает управляющие сигналы (УС), необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В связи с этим можно считать ЦУУ преобразователем первичной командной информации, представленной программой решения задачи, во вторичную командную информацию, представляемую управляющими сигналами.

В общем случае ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

¨ выборки из памяти кода очередной команды;

¨ расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

¨ выборки операндов и выполнения машинной операции;

¨ обеспечения прерываний при выполнении команд;

¨ формирования адреса следующей команды;

¨ учета состояний других устройств машины;

¨ инициализации работы контроллеров (каналов) ввода-вывода;

¨ организации контроля работоспособности ЭВМ.

К основным характеристикам ЦУУ следует отнести:

— принцип формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналов;

— способ построения цикла работы ЦУУ и ЭВМ в целом;

— общая организация управления ЭВМ;

— способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ.

По принципу формирования и развертывания временной последовательностиУС различают ЦУУ:

¨ аппаратного (схемного) типа, выполненным в виде управляющего автомата с жесткой логикой, в котором функции переходов и выходов реализуются набором логических элементов, а требуемое количество состояний автомата задается множеством запоминающих элементов;

¨ микропрограммного типа, в которых блок управления реализован как блок микропрограммного управления.

По способу построения рабочего цикла различают ЦУУ:

¨ с прямым циклом,

На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.

¨ с обращенным циклом,

В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.

¨ с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).

По способу синхронизацииработы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают ЦУУ:

¨ с постоянным числом тактов;

¨ с переменным числом тактов.

В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.

К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.

По общей организацииуправление может быть:

¨ централизованным

Блок управления ЦУУ вырабатывает все УС микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;

¨ смешанным

Применяются в процессорах, операционные и другие устройства которых имеют собственные узлы местного управления. Тогда блок управления ЦУУ, помимо сигналов микроопераций, вырабатывает так же сигналы для блоков местного управления;

По принципу организации цикловразличают ЦУУ:

¨ синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;

¨ асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;

¨ смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЦП

ЦУУ с жесткой логикой.

Управляющее устройство с жесткой логикой (аппаратный тип) – представляет собой логическую схему, вернее совокупность логических схем, вырабатывающих распределенные во времени функциональные управляющие сигналы. Изменить логику работы у таких управляющих автоматов можно, только переделав схему. Множество состояний таких управляющих автоматов задается набором запоминающих элементов (ячеек памяти), а функции переходов и выходов – реализуются набором логических элементов. При синтезе таких управляющих автоматов применяются законы алгебры логики. Синтез комбинационной схемы (КС) автомата происходит в несколько этапов.

¨ построение таблицы истинности;

¨ построение функций переходов и выходов;

¨ минимизация функций переходов и выходов;

¨ построение схемы в требуемом элементном базисе.

Обобщенная структурная схема автомата с жесткой логикой приведена на рис. 5.7.

Состояние счетчика тактов, входящего в структурную схему автомата с жесткой логикой (рис. 5.7), представляет собой номер такта от 1 до N. DC тактов формирует на i-ом выходе единичный сигнал при i-ом состоянии счетчика тактов, то есть во время i-ого такта. DC кода операции вырабатывает единичный сигнал на j-ом выходе, если исполняется j-ая команда. Логические схемы образования функциональных сигналов возбуждают формирователи функциональных управляющих сигналов для выполнения требуемых в данном такте микроопераций. Принцип построения логической схемы образования функциональных сигналов и формирования выходящих управляющих сигналов отражен на рис 5.8.

Здесь показан фрагмент схемы, обеспечивающей выработку управляющего сигнала vk в i-м и n-м тактах выполнения j-й команды. В общем случае значения управляющих сигналов зависят еще и от оповещающих сигналов, отражающих ход вычислительного процесса. Эти оповещающие сигналы поступают от операционных блоков ЭВМ. Для реализации этих зависимостей элементы, представленные на рис. 5.8, берутся многовходовыми и на них заводятся требуемые сигналы логических условий.

Схема формирования тактовых сигналов (датчик тактовых сигналов) может строиться на основе использования регистра сдвига, по которому двигается одна единица, что не требует использования дешифратора.

Статьи к прочтению:

Общее устройство транспортного средства. Назначение и классификация.

Похожие статьи: