Пристрої керування, призначення, робота та синтез
Комп'ютер умовно можна розділити на два основні блоки: операційний і керуючий. Для реалізації будь-якої команди необхідно на відповідні керуючі входи будь-якого пристрою комп'ютера подати певним чином розподілену в часі послідовність управляючих сигналів. Частина цифрового обчислювального пристрою, призначена для вироблення цієї послідовності, називається пристроєм управління.
Будь-яка дія, що виконується в операційному блоці, описується деякою мікропрограмою і реалізується за один або кілька тактів. Елементарна функціональна операція, виконувана за один тактовий інтервал і приводиться в дію керуючим сигналом, називається мікрооперацією. Наприклад, у спроектованому АЛП для множення чисел у першому такті виконуються наступні мікрооперації: TX = 0, TY = 0, RGX = | X |, RGY = | Y |, RGZ = 0. Сукупність мікрооперацій, виконуваних в одному такті, називається мікрокомандою (МК). Якщо всі такти повинні мати одну і ту ж довжину, а саме це має місце при роботі комп'ютера, то вона встановлюється за найтривалішою мікрооперацією. Мікрокоманди, призначені для виконання деякої функціонально закінченої послідовності дій, утворюють мікропрограму. Наприклад, мікропрограму утворює набір мікрокоманд для виконання команди множення.
Пристрій керування призначений для вироблення керуючих сигналів, під впливом яких відбувається перетворення інформації в арифметико-логічному пристрої, а також операцій по запису і читанню інформації в / із запам'ятовуючого пристрою.
Пристрої управління поділяються на:
- ПУ з жорсткою, або схемною логікою
- ПУ з програмованою логікою (мікропрограмні УУ).
В пристроях управління першого типу для кожної команди, що задається кодом операції, будується набір комбінаційних схем, які в потрібних тактах виробляють необхідні керуючі сигнали.
У мікропрограмних ПУ кожній команді ставиться у відповідність сукупність збережених в спеціальній пам'яті слів - мікрокоманд. Кожна з мікрокоманд містить інформацію про мікрооперації, що підлягають виконанню в даному такті, і вказівка, яке слово повинно бути вибрано з пам'яті в наступному такті.
Коди операції команд програми, що сприймаються керуючої частиною мікропроцесора, розшифровані і перетворені в ній, дають інформацію про те, які операції треба виконати, де в пам'яті розташовані дані, куди треба направити результат і де розташована наступна за виконуваної команда.
Керуючий пристрій має достатньо засобів для того, щоб після сприйняття та інтерпретації інформації, одержуваної в команді, забезпечити перемикання (спрацьовування) всіх необхідних функціональних частин машини, а також для того, щоб підвести до них дані і сприйняти отримані результати. Саме спрацьовування, тобто зміна стану двійкових логічних елементів на протилежне, дозволяє за допомогою комутації вентилів виконувати елементарні логічні і арифметичні дії, а також передавати необхідні операнди в функціональні частини мікроЕОМ.
Пристрій управління в суворій послідовності в рамках тактових і циклових тимчасових інтервалів роботи мікропроцесора (такт - мінімальний робочий інтервал, протягом якого здійснюється одне елементарне дію; цикл - інтервал часу, протягом якого виконується одна машинна операція) здійснює: вибірку команди; інтерпретацію її з метою аналізу формату, службових ознак і обчислення адреси операнда (операндів); встановлення номенклатури і тимчасової послідовності всіх функціональних керуючих сигналів; генерацію керуючих імпульсів і передачу їх на керуючі шини функціональних частин мікроЕОМ і вентилі між ними; аналіз результату операції і зміну свого стану так, щоб визначити місце розташування (адресу) наступної команди.