Организация микроЭВМ с микропрограммным управлением

Типовая структурная схема простейшей микроЭВМ, имеющей доступ к микропрограммному уровню управления, приведена на рис. 40.

В состав микроЭВМ входят средства операционной части, управляющей части, системные устройства. В частности, к операционной части относятся: блок микропроцессоров (БМП) со схемой ускоренного переноса (СУП), постоянное запоминающее устройство констант (ПЗУК), оперативная память расширения регистрового файла (ОПР), табличные преобразователи (ТП), функциональные преобразователи (ФП), возможно наличие буферных регистров для временного хранения информации (БР).

К управляющей части относятся: блок микропрограммного управления (БМУ), контроллер состояний (КС), управляющая память (УП). К системным устройствам относятся: блок приоритетных прерываний (БПР), средства внешнего интерфейса на базе блока магистрального приёмо-передатчика (БМПП), основная память (ОП) командного уровня, блок синхронизации (БС).

Структура микроЭВМ определяется теми задачами, которые на неё возлагают. В общем случае, микроЭВМ может организовываться по магистральному типу, по радиальному или смешанному.

Магистральный тип предполагает наличие шин внутреннего интерфейса, предназначенных для передачи информации между группой приёмников и группой источников в режиме разделения времени. В конкретный момент в магистрали осуществляется передача от конкретного источника к конкретному приёмнику. В другие интервалы реализуются иные передачи. По направлению передачи магистрали разделяются на одно- и двунаправленные. Магистрали могут быть монофункциональными (для передачи определённой функциональной информации), многофункциональными (когда во времени разделяются передачи различных типов функциональной информации).

Магистральные структуры бывают двухмагистральными (например, магистраль двунаправленных данных-адреса и магистраль управления); трёхмагистральными (двунаправленная магистраль данных, магистрали адреса и управления); четырёхмагистральными (магистрали выходных данных (МВ), входных данных (МВх), управления (МУ) и адреса (МА)).

В радиальных структурах передача по той или иной шине функционально закреплена за определённым источником и определённым приёмником.

Магистральный тип обеспечивает простоту реализации и технологичность изготовления микроЭВМ, но имеет пониженные скоростные характеристики из-за разделения времени работы между различными функциональными передачами. Радиальные – обеспечивают максимальную скорость передачи, но менее технологичны в интегральном исполнении, имеют более высокую стоимость.

В БМП может входить одна или несколько процессорных секций в зависимости от разрядности микроЭВМ. В последнем случае для повышения быстродействия следует подключать СУП, которая обрабатывает межсекционные переносы (СП), общий входной перенос (ВхП) и формирует выходной (ВП) перенос БМП. Кроме ВП в БМП могут формироваться и другие логические условия (ЛУ) в соответствии с состоянием своих устройств.

Микропроцессор К584ВМ1 имеет разделённую входную шину данных (ДВх), выходную (ДВ) и шину адреса (ША). Микропрограммное управление осуществляется по шине микроинструкций (МИ). Это позволяет использовать его в четырёхмагистральной системе либо в трёхмагистральной, когда шины входных и выходных данных объединяются, что возможно из-за реализации шины ДВ по схеме с открытым коллектором.

ПЗУК содержит требуемые рабочие константы и имеет соответственно шину микроинструкций, задающую адрес константы и режим чтения, и выходную шину данных, с которой константы через магистраль входа могут загружаться на шины входа БМП и других устройств.

Оперативная память расширителя является выносным регистровым файлом БМП и используется в том случае, если для решения задачи недостаточно внутренних регистров БМП. Микроинструкция ОПР будет содержать адрес конкретной ячейки и управление операциями записи или чтения в этой ячейке. Записываемые данные поступают с магистрали выхода, куда подаются с шины ДВ БМП. Считанная информация выдаётся на МВх и далее на шину ДВх БМП. Адресное обращение к ПЗУК и ОПР осуществляется по фиксированным адресам, жёстко заданным в микрокомандах.

ТП и ФП различного типа используются для повышения производительности БМП и позволяют выполнить любое преобразование данных за два цикла работы БМП. Для временного согласования циклов обращения к ТП и ФП используется буферный регистр (БР).

Управляющая часть строится на основе БМУ, УП и контроллера состояний (КС), в функции которого входят фиксация условий микрокомандного и командного циклов, хранение этих условий и формирование на их основе сигналов модификации М0, М1. Кроме этого, КС содержит таймеры для счёта временных интервалов, средства для побитовой обработки данных и ряда других операций. В простейшем случае КС может быть заменён мультиплексором логических условий.