Терминология в области ЭВМ, ВС и комплексов

Управляющий автомат УУ формирует цикл выполнения команды в соответствии с ее типом, определяемым с помощью дешифрации на ДшКОП выполняемой команды. В каждом такте цикла УА УУ выдаёт необходимые для реализации конкретной команды управляющие сигналы y1...уn, поступающие в различные узлы процессора. Последовательность управляющих сигналов может зависеть от сигналов состояния отдельных узлов операционной части. Эти сигналы тоже поступают на вход УА УУ.

Синхронизация работы управляющего автомата осуществляется генератором импульсов синхронизации ГС, вырабатывающем одну или несколько серий синхроимпульсов.

Рассматриваемое УУ функционирует следующим образом. В исходном состоянии в СчАК заносится адрес команды, подлежащей выполнению. Занесение адреса может производиться с пульта управления ЭВМ или каким-либо иным образом. После запуска сигналом Пуск УУ начинает вырабатывать управляющие сигналы в такой последовательности.

В первом такте вырабатывается сигнал y1: (РА):=(СчАК), и адрес подлежащий выполнению команды передаётся в РА оперативного ЗУ.

Во втором такте вырабатывается сигнал y2: ЧтОП, и в оперативной памяти начинает выполнятся микрооперация чтения команды. По окончании этой МО команда, подлежащая выполнению, оказывается в регистре данных ОП.

В третьем такте вырабатывается сигнал y3, вызывающий передачу считанной из Оп команды в регистр команд. Одновременно вырабатывается сигнал y5, по которому к содержимому СчАК добавляется единица и формируется следующей команды программы. Эта МО может быть выполнена и во втором такте. Тем самым УУ оказывается подготовленным к выборке очередной команды.

Дальнейший ход работы УУ зависит от типа выбранной команды. Если выбранная из памяти команда относится к операционному типу, то в следующих тактах УА УУ вырабатывает управляющие сигналы, необходимые для выполнения задаваемой командой операции. По окончании операции (цикла выполнения команды) УУ переходит к формированию нового цикла выполнения команды, т.е. начинает повторять описанное выше первое, второе и третий такты. Поскольку при этом при начале первого такта в СчАК установлен адрес следующей команды, то процессор начинает обработку очередной команды программы, реализуя тем самым естественный порядок следования команд. Если после выполнения третьего такта будет установлено, что выбранная команда относится к командам управления, то УА УУ в следующем такте вырабатывает управляющие сигналы, необходимые для определения адреса очередной команды, который может отличаться от находящегося к этому моменту в СчАК увеличенного на единицу адреса выполняемой команды.

Существует большое число различных команд управления. Наиболее распространёнными являются команды безусловной передачи управления (безусловного перехода) и условной передачи управления (условного перехода) по значению какого-либо условия. Команда безусловной передачи управления (БП) указывает на то, что дальнейшее выполнение программы после этой команды следует продолжить, начиная с команды, адрес которой указан в адресном поле команды БП.

Команда условной передачи управления (УП) по заданному условию (например, при получении нулевого результата после выполнения предшествующей команды)указывает на необходимость продолжения программы(начиная с команды, адрес которой записан в адресном поле команды УП) в том случае, если выполняется заданное условие. В противном случае, при рассматриваемом одноадресном формате команд, осуществляется переход к следующей за командой УП команде программе. Тогда при выполнении команды БП в четвертом такте УА АА вырабатывается управляющий сигнал y4, вызывающий передачу содержимого разрядов адресного поля РК в СчАК. На этом выполнение команды БП заканчивается, и УА АА переходит к формированию первого такта цикла выполнения новой команды. Поскольку в СчАК теперь находится адрес, указанный в выполненной команде БП, то очередная команда будет выбрана из памяти по этому адресу. Тем самым реализуется принудительный порядок следования команд. При выполнении команды УП в четвертом такте проверяется заданное условие перехода, значение которого поступает в УА УУ из операционной части процессора. Если это условие выполняется, то вырабатывается управляющий сигнал y4 и команда УП действует так же, как и команда БП. Если проверяемое условие не выполняется, то в четвертом такте не производится не каких действий и содержимое СчАК не изменяется. Таким образом, рассмотренное УУ осуществляет управление выполнением последовательности команд, при котором естественный порядок следования команд является основным режимом, при необходимости нарушаемым командами управления.

Функции УУ, относящиеся к управлению выполнением операций, обеспечивают автоматическое выполнение всех преобразований информации, соответствующих указанной в команде операционного типа операции, над операндами, адреса которых заданны в команде. Для этого УА УУ необходимо выработать последовательность управляющих сигналов, позволяющих извлечь из ОП требуемые операнды, переслать их в АЛУ, реализовать в АЛУ микропрограмму заданной операции и при необходимости записать полученный результат в ОП.

Рассмотрим управление выполнением операций на примере УУ ЭВМ с трехадресной системой команд. В адресной части команд указывается два адреса А1 и А2 операндов и адрес А3, по которому записывается результат.

Структурная схема такого УУ представлена на рис. 2, где изображены только те узлы УУ, которые реализуют функции управления выполнением операций, ОП и АЛУ (регистры АЛУ на схеме не показаны). Все обозначения отдельных узлов и блоков данной схемы совпадают с обозначениями, принятыми на рис.1. Исключение составляет регистр команд (РК), в адресном поле которого выделены три адреса А1, А2 и А3, адресное АЛУ (Адр АЛУ), мультиплексор (МП) и управляющий автомат АЛУ (УА АЛУ).

Адресное АЛУ предназначено для формирования исполнительных адресов операндов и результата по заданным в команде адресам, например, путем добавления к последним некоторой величины, называемой базой или индексом, или каким-либо иным способом. Этот блок изображен пунктиром, так как в простейших ЭВМ может и не входить в состав УУ.

Мультиплексор предназначен для передачи на вход Адр АЛУ одного из адресов А1, А2 или А3 в соответствующих тактах цикла выполнения команд. Управляющий автомат АЛУ служит для формирования управляющих сигналов внутри АЛУ согласно микропрограмме выполняемой операции, для чего на него подаются также сигналы с выхода ДшКОП. Запуск УА АЛУ осуществляется одним из управляющих сигналов, формируемых УА УУ (y1...уN) – сигналом Пуск АЛУ. Управляющий автомат УУ может остановить на время дальнейшее формирование управляющих сигналов до окончания

операции в АЛУ. По окончании выполнения заданной микропрограммы в АЛУ управляющий автомат АЛУ формирует сигнал АЛУ готово, поступающий в УА УУ, который после получения этого сигнала продолжает свою работу. Однако такое взаимодействие управляющих автоматов имеет

место только при распределённом управлении, применяющемся не во всех ЭВМ. Поэтому УА АЛУ показан пунктиром. При его отсутствии управление микропрограмм различных операций в АЛУ осуществляется непосредственно УА УУ.

Управляющие сигналы y1... y9 соответствуют следующим МО:

y1: (РК[A1]) → Адр АЛУ – передача содержимого разрядов поля А1 регистра команд на вход адресного АЛУ;

y2: (РК[A2]) → Адр АЛУ –  аналогична y1;

y3: (РК[A3]) → Адр АЛУ –  аналогична y1 и y2;

y4: Адр АЛУ → (РА) – занесение  в регистр адреса ОП информации с выхода адресного АЛУ;

y5: (Р1):=(РД) – занесение содержимого регистра данных(первого операнда) в регистр Р1 АЛУ;

y6: (Р2):=(РД) – занесение содержимого регистра данных (второго операнда) в регистр Р2 АЛУ;

y7: (РД):=(Р3) – занесение в регистр данных содержимого Р3 АЛУ (результата выполнения операции в АЛУ; регистр Р3 может быть тем же, что и Р1 или Р2);

y8: ЧтОП; y9: ЗпОП – аналогичны рассмотренным ранее.

Рассмотрим работу данного УУ с того момента, когда после выборки из ОП очередная команда программы поступила в РК. Пусть эти действия были произведены в первых трех тактах цикла выполнения команды; выбранная команда является командой операционного типа, по которой следует выполнить двухместную операцию, например сложение. Тогда в четвертом такте после анализа кода операции УА УУ вырабатывает управляющие сигналы y1 и y4 вызывающие передачу адреса А1 первого операнда на регистр адреса ОП. В пятом такте формируется сигнал y8 и выполняется чтение первого операнда из ОП по заданному адресу. В результате операнд оказывается размещенным в регистре данных ОП. В шестом такте УА УУ вырабатывается управляющий сигнал y5 и первый операнд передается в регистр Р1 АЛУ. Регистр Р1, входящий в состав АЛУ, как и регистры Р2 и Р3, не показаны.

Аналогичным образом выполняется выборка второго операнда и посылка его в регистр Р2 АЛУ под действием управляющих сигналов y2 и y4, y8 и y6, вырабатываемых в седьмом, восьмом и девятом тактах.

В десятом такте УА УУ вырабатывается управляющий сигнал Пуск АЛУ, запускающий УА АЛУ на выполнение микропрограммы заданной операции. (если УА в АЛУ отсутствует, то в последующих тактах УА УУ сам вырабатывает сигналы, необходимые для выполнения операции в АЛУ).

Поскольку длительность этого такта зависит от характера выполняемой в АЛУ операции, то УА УУ приступит к формированию следующего такта только по получению сигнала АЛУ готово.

В одиннадцатом такте УА УУ формирует сигналы y3 и y4, под действием которых адрес результата передается в РА ОП, и сигнал y7 передачи в регистр данных результата выполненной в АЛУ операции из регистра Р3 АЛУ.

В двенадцатом такте формируется управляющий сигнал y9, под действием которого производится запись результата, находящегося в РД, в оперативную память по заданному адресу. На этом выполнение команды заканчивается и УА УУ переходит к формированию нового цикла выполнения команды, в котором будет обрабатываться следующая команда программы.

Способы адресации информации в ЭВМ

Извлечение команд и операндов из оперативной памяти ЭВМ, а также запись результатов в память в ходе выполнения программ осуществляется с помощью указания адреса ячейки, слова или байта оперативной памяти, в которой располагается необходимая информация. Адрес, по которому производится обращение за данными или командой или осуществляется запись результата, принято называть исполнительным адресом AE. Однако в большинстве случаев в адресном поле команды исполнительный адрес не указывается, а записываются некоторые сведения, называемые далее исходным адресом AO, на основании которых может быть получен исполнительный адрес. Способ получения исполнительного адреса из исходного называется способом адресации.

Основные причины, которые обусловливают целесообразность задания в адресном поле команды исходных адресов, отличных от исполнительных, следующие:

- необходимость получения  возможно меньшей разрядности адресного поля команды при адресации оперативной памяти большой емкости;

- требование удобства адресации элементов массивов данных в циклических программах, которые в каждом новом цикле обрабатывают новый элемент массива;

- необходимость обеспечения возможности написания программ, которые могут загружаться в любое свободное место оперативной памяти, т.е. перемещаемых программ, не зависящих от абсолютных адресов памяти.

В зависимости от особенностей структуры процессора и оперативной памяти ЭВМ применяются различные способы адресации, причем в некоторых моделях ЭВМ используют до десяти и более отличающихся друг от друга способов адресации. Наиболее распространенными являются следующие:

Прямая адресация – способ адресации, при котором исполнительный адрес AE совпадает с исходным AO, т.е. в адресном поле команды указывается исполнительный адрес. Такой способ адресации является наиболее простым с точки зрения его реализации на ЭВМ, но не обеспечивает перечисленных

выше требований и приводит к большой разрядности адресного поля команды.

Непосредственная адресация – способ адресации, при котором в адресном поле команды размещается сам операнд, подлежащий обработке. Обычно этим способом адресуются константы, не изменяемые в процессе выполнения программы. При использовании непосредственной адресации необязательно выделение специальной ячейки памяти для хранения операнда, однако его разрядность не должна превышать разрядности адресного поля команды. В такой ситуации непосредственная адресация обеспечивает экономию места в памяти и уменьшает объем выполнения команд, т.к. не требуется производить обращение к памяти за операндом.

Регистровая адресация - Данная адресация Регистровая адресация используется для обращения к восьми рабочим регистрам выбранного банка рабочих регистров, а также для обращения к регистрам А, В, АВ (сдвоенному регистру), DPTR, и к флагу переноса С.. Команды с регистровой адресацией содержат в коде операции трехбитовое поле, которое определяет номер регистра.

Косвенная адресация – способ адресации, при котором в адресном поле команды указывают адрес ячейки (слова) памяти, в которой хранится исполнительный адрес. Таким образом, для извлечения операнда необходимо обратиться в оперативную память по исходному адресу AO, который при данном способе адресации называют косвенным адресом, прочитать записанную в этой ячейке информацию и использовать ее как адрес для нового обращения к памяти. По этому адресу и будет располагаться искомый операнд. Следовательно, для извлечения операнда потребуется выполнить два обращения к памяти, как показано на рис.4, что несколько увеличивает время выполнения команды с косвенной адресацией.