Принцип микропрограммного управления состоит в том, что каждой команде соответствует некоторая программа из набора более простых команд - микропрограмм.

Микрокоманды хранятся в специальном микропрограммном запоминающем устройстве (МПЗУ). Очередная микрокоманда записывается в регистр микрокоманд и расшифровывается блоком управления. Результат расшифровки - набор управляющих сигналов на АЛУ и адрес следующей микрокоманды или команды. Достоинства такого подхода — возможность реализации сложных команд (например, операции умножения) и легкая смена системы команд. Действительно, чтобы сменить систему команд ЭВМ с гибкой логикой, достаточно в МПЗУ вписать новое содержание.

Такой подход имеет название - CISC-технология (Complex Instraction Set Computer). Следует отметить, что, несмотря на замену одной команды набором микрокоманд, удается повысить быстродействие процессора с одновременным упрощением его структуры и снижением стоимости.

В современных микропроцессорах, начиная с Intel-486, стали использовать еще более упрощенный набор микрокоманд — RISC (Redjuce Instraction Set Computer) технологию, что, опять же, привело к повышению производительности ЭВМ.

Структурная организация машины

Известны три принципиально различных типа организации структуры ЭВМ:

-с общим процессором,

-с общей памятью,

-с общей шиной.

Рассмотрим их кратко.

Машина с общим процессором представлена на рисунок 3. Все устройства (и ОЗУ и внешние устройства) подключены непосредственно к процессору. Любая организация имеет свои

достоинства и недостатки.

Рисунок 3

К достоинствам такой организации следует отнести:

доступность и минимальное время обращения процессора к любому устройству;

независимость работы всех устройств друг от друга, за исключением процессора;

возможность оптимального, в определенном смысле, обмена информацией процессора с каждым из устройств.

Недостатки:

обмен информацией между устройствами возможен только через самое дорогое и дефицитное устройство — через процессор;

невозможен режим прямого доступа к памяти для внешних устройств;

структура ЭВМ достаточно жесткая, т.к. каждому ВУ на процессоре должен быть выделен индивидуальный порт — устройство для подключения.

Следующий вариант — машина с общей памятью (рисунок 4).

Рисунок 4

Достоинства такой структуры:

процессор непосредственно связан только с ОЗУ — самым быстродействующим устройством ЭВМ и самым ему необходимым;

внешние устройства имеют прямой доступ к памяти, который может происходить без участия процессора;

внешние устройства могут обмениваться информацией между собой без участия процессора.

Недостатки:

затруднено обращение процессора к внешним устройствам;

требуется администрирование при одновременном обращении к памяти различных устройств, система приоритетов для ВУ;

опять, как и в предыдущем варианте, структура ЭВМ достаточно жесткая, т.к. каждому устройству на блок ОЗУ должен быть выделен индивидуальный порт.

Вариант с общей шиной (рисунок 5). Для него характерно, что все устройства

подсоединены к одной единственной магистрали — общей шине.

Рисунок 5

Достоинства структуры с общей шиной:

универсальная система связи для всех и внешних, и внутренних устройств ЭВМ;

открытость архитектуры, т.к. к шине можно подключать любые устройства (естественно, из некоторого класса);

количество ВУ теоретически не ограничено;

ВУ могут иметь прямой доступ к памяти;

процессор имеет простой доступ к любому ВУ.

Недостатки:

наличие медленнодействующих ВУ, подключенных к шине, затрудняет работу с быстродействующими ВУ и ОЗУ;

сбой в работе ВУ может привести к аварийной остановке всей машины;

общая производительность машины ограничивается временем обращения к медленнодействующим ВУ.

Общая структура машины

Общее устройство компьютера и особенности архитектуры рассмотрим на примере упрощенной структуры ЭВМ из семейства PDP-11, разработанной фирмой DEC в 1973г. (рисунок 6). Машина построена по принципу общая шина (Unibus), т.е. все устройства - и внутренние и внешние - подключаются на одну универсальную магистраль.

Основные характеристики машины:

ЭВМ имеет открытую архитектуру, т.е. ориентирована на подключение разнообразных, в том числе и нестандартных, ВУ;

конструктивно машина занимает одну плату;

ЭВМ может работать со словами (16 двоичных разрядов);

ЭВМ может работать с байтами (8 двоичных разрядов);

система команд содержит 72 команды, в том числе и команды с плавающей точкой;

имеется последовательный байтовый интерфейс для связи с удаленными объектами;

имеется параллельный байтовый интерфейс для связи с близкими объектами;

магистраль позволяет подключить до 32 ВУ без дополнительных адаптеров;

ЭВМ широко используется (до настоящего времени) для построения систем автоматического управления техническими объектами.

Рисунок 6

Данную машину можно рассматривать в настоящее время как классический пример микроЭВМ. Она имеет достаточно простую организацию, в том числе и процессор. Язык ассемблера для нее отличается строгостью и регулярностью, содержит легко понятную систему команд. Для него легко реализуются трансляторы в машинные коды.