Организация устройства управления

 

Московский  Авиационный Институт

(национальный  исследовательный университет)

 

 

 

 

Курсовая Работа по ЗВМ

на тему

«ОРГАНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. ”

 

 

 

 

                                                                                                    Выполнили работу

                                                                              Студент группы;  03-430                                             

                                                                      Барзани Бурхан  Б.

                                                                                                       

                                                              Проверил:

                                                                       Балян Армен В.                                          

 

 

 

 

 

Москва 2013 г.

Содержание

 

1. Задание
2. Теоретическая часть
3. Выполнение работы
4. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

 

Раработать микропрограммное горизонтальное устройство управления,и операционую  часть ЦП при выполнении 2х ардесной команды с заданным способом адресации. При этом в АЛУ выполняется  операция сложения.

Варианты заданий в таблице.

Примем, что шрина выработки  из ОП равна длине команды, длинам оперпндов и имеет значение n.

 

Прямая

Регистровая

1ый операнд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая Часть

 

ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА.

 

Центральный процессор (ЦП) – это устройство предназначается  для непосредственной обработки  данных и работает под управлением  программ.

Основные узлы центрального процессора.

 

1) Арифметико логическое  устройство (АЛУ). Предназначается для  выполнения арифметических и  логических операций над данными. 

В АЛУ выполняются операции с фиксированной точкой; с плавающей  точкой; операции двоично – десятичной арифметики, логические операции, обработка  алфавитно-цифровой информации.

 

2) Устройство управления (УУ) – предназначается для выработки  управляющих сигналов, под воздействие  которых выполняются машинные  команды. 

 

Основные этапы выполнения машинной команды.

1 этап: выбор машинной команды из памяти

2 этап: дешифрация кода операции

3 этап: формирование исполнительного адреса и выбор операндов

4 этап: непосредственное выполнение операции в АЛУ

5 этап: запись результата

 

3)Регистры общего назначения (РОНы).

РОНы-это программно-адресуемые регистры, предназначаются для хранения операндов, результатов, а также  для хранения индекса, базы, используются при вычислении адреса.

 

4) Управляющие регистры 

Счётчик команд (СчК) – хранит адрес следующей выполняемой  команды.

Регистр команд (РК) – хранит текущую выполняемую команду.

 

5) Вспомогательные блоки  – к ним относится блок прерывания; блок связи центрального процессора (ЦП) и оперативной памяти (ОП),блок  контроля и диагностики и т.д. 

ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЕРАЦИОННОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА.

 

Команды ЭВМ.

Машинная команда –  это двоичный код, который включает в себя операционную часть и адресную часть.

В адресной части содержится информация об адресах операндов  и результатов

Различаются следующие команды:

4-х адресная,

3-х адресная,

2-х адресная,

одноадресная 

и безадресная команды.

 

Способы адресации.

 

Различают понятия: адресный код в команде и исполнительный адрес операнда.

Адресный код в команде - это информация об адресе

Исполнительный адрес  операнда – это физический адрес  ячейки памяти, в которой хранится операнд или в которую необходимо записать результат.

Прямая адресация 

 

коп

А1

 

ОП

                    Адрес                                     аперанд        

                                                                                        

 

В адресном поле команды Ai задаётся исполнительный адрес операнда

 

     ^Выбор            РАП:=РК(Аi)

^{операнда}          РЧП:=Чт(РАП)                     

                       Р1:=РЧП

 

Р1-входной регистр АЛУ 

 

-Регистровая адресация

В структуру ЦП дополнительно  вводятся регистры общего назначения (РОНы)

Они вводятся для того, чтобы :

1.Сократить время выбора  операндов по сравнению с ОП 

2.Сократить размер поля  Ai для кодирования номера РОНа

 

 

ОРГАНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ.

 

Центральный процессор, как  и любое другое устройство обработки  цифровой информации, включает в себя две основные части:

· операционную часть (операционное устройство);

· управляющую часть (устройство управления).

 

Операционная часть состоит  из регистров, счётчиков, сумматоров, дешифраторов и связей между ними. Операционная часть функционирует под воздействием управляющих сигналов, которые вырабатывает управляющее устройство. Операционная часть выполняет заданную микропрограмму, состоящую из микрокоманд.

 

Микрокоманда включает в  себя одну или несколько микроопераций. Микрооперация – это элементарная функциональная операция, выполняемая  под воздействием одного управляющего сигнала в течение одного такта. Если в течение одного такта выполняется  несколько микроопераций под  воздействием различных управляющих  сигналов, то они объединяются в  одну микрокоманду.

 

Устройство управления(УУ) служит для выработки последовательности управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются микрооперации.В  зависимости от способа выработки  управляющего сигнала различают 2 основных подхода к построению УУ:

· микропрограммная реализация УУ;

· аппаратная реализация УУ (схемная реализация или УУ с жёсткой логикой).

 

 

Горизонтальный подход к реализации микропрограммного устройства

управления.

 

При горизонтальном микропрограммировании  для каждого управляющего сигнала  в управляющей части выделяется отдельный разряд. Если в некотором  такте управляющий сигнал должен быть равен 1, то в соответствующем  разряде записывается 1. Таким образом, количество разрядов в управляющей  части соответствует числу управляющих  сигналов. При такой организации  можно совмещать микрооперации  во времени.

Достоинство: высокое быстродействие за счёт совмещения микроопераций во времени.

Недостатки: требуется большая ёмкость памяти для хранения микрокоманды, так как реально совместить большое количество микроопераций в одной микрокоманде не удаётся.

 

 

Вертикальный подход к реализации микропрограммного устройства управления.

 

В операционной части МК кодируется номер управляющего сигнала, поэтому на выходе регистра микрокоманд  в управляющей части ставится дешифратор.

Достоинство: значительно сокращается емкость памяти микрокоманд.

Недостатки: увеличенное время выполнения микрокоманд из-за невозможности совмещения микроопераций в микрокоманде и появления дешифратора на выходе.

 

 

 

 

 

 

Выполнение  Работы

 

1 этап. Выбор команды из  памяти.

 

 V1 РАП:=СчК (адрес следующей команды подается на РАП)

 V2 РЧП:=Чт(РАП) (выбор команды из ЗМ)

 V3,V4 РК:=РЧП , V4 СчК:=СчК+n

 

2 этап. Дешифрация кода  операции. 

 

3 этап. Формирование исполнительного  адреса и выбор операндов. 

 

  V5,V7   РАП:=PK(A1) , РАРП:= РК (R2)

  V2,V8   РЧП:=Чт(РАП), РЧРП:=Чт(РАРП)

  V6,V9  РА:= РЧП , PB:= РЧРП

 

4 этап. Выполнение операции  в АЛУ. 

 

  V10 РС:=Р1 + Р2

 

5 этап. Запись результатов. 

 

 V11,5   РЧП:= РС , РАП:=PK(A1)

 V12   Зп(РАП):= РЧП

 

 

Вентили	Такты
V1	1
V2	2
V3,V4	3
V5,V7	4
V2,V8	5
V6,V9	6
V10	7
V11,V5	8
V12	9

 

 

 

 

 

 

 

 

Горизантальный  подход к реализации микропрограммного  уу

                                                                          V12                                                 

                                                                                                                               

                                                                                                                             

                                                                                 

РЧП

ЗМ

РАП

     v         

     ОП                                                                                       чт V2                                                                                                                                                                                                                                              

                                                                                                                                                                    

                                                                                                                      

V5                                                                                                                                                                    V6

                                                                              

                                                                                                                                                       

коп

A1

R2

СчК

                                     V1                         V3  

                                                              PK                                 

дш

PB

РА

                                 +n

                                  V4                                                               V7

АЛУ

БУУ

рон_ы

                                                                                                                                      

РАРП

     V8                                                         

       ЧТ                                                                                                                                                                                      V11

РЧРП

             V9  V10

PC

                                                                                                                         

 

 

                           

Tp.z

                       Управляющая часть                                                Адресная часть

                     V12   V11   V10       V9       V8      V7       V6     V5       V4       V3       V2         V1                           л.з                      

Р