Алгоритм функционирования процессора

Для решения задач на ЭВМ, созданных на базе процессоров, реализующих программы из одноадресных и безадресных команд необходимо:

1) через устройства ввода информации загрузить в память ЭВМ программу решения задачи (алгоритм, написанный на языке ЭВМ) и исходные данные (это делается различными способами, о которых будет рассказано в следующих главах), и программа, и данные могут быть размещены в любой области памяти, начиная с ячейки 0 или другой ячейки с любым адресом (сначала программа, а затем данные, или наоборот);

2) «сообщить» процессору адрес ячейки памяти, в которой размещена первая команда программы, для чего занести адрес этой ячейки в счетчик команд;

3) нажать кнопку ПУСК, что приведет к передаче в память адреса первой команды программы и к пересылке ее содержимого из памяти в регистр команд; с этого момента процессор начнет выполнять последовательность достаточно простых операций, показанных на схеме алгоритма выполнения команды (рис. 1.5).

Как видно из схемы алгоритма, два первых действия (блоки 1 и 2) выполняются для каждой команды. Эти действия (а также действия по определению типа команды — блоки 3, 6 и 9) обычно называют «Выборкой команды». Последующие действия алгоритма («Исполнение команды») полностью зависят от того, какая это команда.

Рассмотрим исполнение команды, расположенной в ячейке 135 на рис 1.5. Оно начинается в момент, когда в аккумуляторе хранится значение уменьшаемого, записанное туда при выполнении предыдущей команды, а в счетчике команд — адрес 135:

1. Адрес, содержащийся в счетчике команд, переписывается в регистр адреса и далее в память ЭВМ (сигнал У1), а оттуда считывается команда «Выч 26», помещаемая в регистр команд (сигнал У4):

2. Счетчик команд наращивается на единицу (сигнал + I), чтобы он указывал на команду (адрес 136), расположенную в памяти вслед за выбранной командой;

3. Устройство управления считывает из регистра команд код исполняемой команды, выясняет, что это команда вычитания, и переходит к ее выполнению;

4. Из регистра команд считывается (сигнал УЗ) и пересылается в память (через регистр адреса) адрес вычитаемого (26), а из памяти переписывается в регистр данных численное значение вычитаемого;

5. Выполняется операция вычитания содержимого регистра данных из содержимого аккумулятора (сигналы У5, У6 и У11 ), а затем полученная разность переписывается с выхода АЛУ в аккумулятор (сигнал У8), заменяя значение уменьшаемого.

Легко заметить, что процесс выполнения команды сводится к определению последовательности открывания и закрывания вентильных схем. Описание того, какую вентильную схему и когда открывать, составляет программу для машины, система команд которой включает команду «Открыть вентильную схему». Такой машиной и является устройство управления ЭВМ, в котором хранятся программы реализации всех команд ЭВМ. Эти программы обычно называются микропрограммами, а их команды — микрокомандами. Простейшая микрокоманда состоит из набора битов, каждый из которых управляет одной из вентильных схем процессора, единица означает, что вентильная схема открыта, нуль — закрыта.

Процессор, изображенный на рис.1.5 не является единственно возможным процессором, используемым для реализации однородных команд.

Рис. 1.6. Схема алгоритма выполнения команд простого процессора