Устойство управления с аппаратной логикой

Обычно тип микропрограммного автомата (МПА), формирующего сигналы уп­равления, определяет название всего УУ. Так, УУ с жесткой логикой управления имеет в своем составе МПА с жесткой (аппаратной) логикой. При создании такого МПА выходные сигналы управления реализуются за счет соединенных между собой логических схем.

Типичная структура микропрограммного автомата с аппаратной логикой управления ­ показана на рис.2.3.

Исходной информацией для УУ служат: содержимое регистра команды, флаги, тактовые импульсы и сигналы, поступающие с шины управле­ния.

Код операции, хранящийся в РК, используется для определения того, какие сигналы управления (СУ) и в какой последовательности должны формироваться, при этом, с целью уп­рощения логики управления, желательно иметь в УУ отдельный логический сиг­нал для каждого кода операции (I₀, I₁, …, I_k). Это может быть реализовано с по­мощью дешифратора. Дешифратор кода операции преобразует код j-й операции, поступающей из регистра команды (РК), в единичный сигнал на j-м выходе.

Машинный цикл выполнения любой команды состоит из нескольких тактов. 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. Период СИ должен быть достаточным для того, чтобы сигналы успели рас­пространиться по трактам данных и другим цепям. Каждый СУ ассоциируется с одним из тактовых периодов в рамках машинного цикла. Формирование сигналов, отмечающих начало очередного тактового периода, возлагается на синхрониза­тор. Синхронизатор содержит счетчик тактов, осуществляющий подсчет СИ. Узел синхроимпульсов после завершения очередного такта работы добавляет к содер­жимому счетчика тактов единицу. К выходам счетчика подключен дешифратор тактов, с которого и снимаются сигналы тактовых периодов: Т₁, ..., Т_п. В i-м состоя­нии счетчика тактов, то есть во время i-гo такта, дешифратор тактов вырабатывает единичный сигнал на своем i-мвыходе. При такой организации в УУ должна быть предусмотрена обратная связь, с помощью которой по окончании цикла команды счетчик тактов опять устанавливается в состояние T₁.

Дополнительным фактором, влияющим на последовательность формирования СУ, являются состояние осведомительных сигналов (флагов), отражающих ход вычислений, и сигналы с шины управления. Эта информация также поступает на вход УУ, причем каждая линия здесь рассматривается независимо от остальных.

Канонический метод структурного синтеза МПА был предложен российским академиком В. М. Глушковым.

Таким образом, название «жесткая логика» обусловлено тем, что каждой мик­ропрограмме здесь соответствует свойнабор логических схем с фиксированными связями между ними.

При реализации простой системы команд узлы МПА с жест­кой (аппаратной) логикой экономичны и позволяют обеспечить наибольшее быстродействие из всех возможных методов построения МПА. Однако с возрастанием сложности системы команд соответственно усложняются и схемы автоматов с жесткой логи­кой, в результате чего уменьшается их быстродействие. Второй недостаток МПА с жесткой логикой – малая регулярность, и, следовательно, большие трудности при размещении УУ такого типа на кристалле интегральной микросхемы процессора, что ограничивает поддерживаемый процессором набор команд.

Рассмотренные быстродействующие УУ нашли применение в высокопроизводительных процессорах с архитектурой с сокращенным набором команд RISC (Reduced Instructions Set Computer) /2/.