Микропрограммная реализация команд процессора

Микропрограммная реализация команд
процессора
Известны два подхода к построению логики формирования управляющих импульсов (УИ),
необходимых для работы операционных устройств (ОУ) процессора. Один из них заключается в
том, что каждой операции процессора соответствует набор логических (комбинационных) схем,
формирующих управляющие импульсы (УИ), необходимые для работы ОУ. Если подать сигналы,
соответствующие коду микрооперации (МО), а тактже сигналы условий выполнения этой МО на
входы комбинационной схемы (КС), то требуемое действие будет выполнено с помощью
определенных УИ на выходах КС в момент подачи тактового сигнала. Набор таких КС,
оптимизированных для формирования УИ, управляющих работой ОУ при выполнении
совокупности определенных МО, называется управляющим автоматом (УА). Такой принцип
формирования УИ получил название жесткой логики и широко применяется во многих
компьютерах. Преимуществом такой способа формирования УИ является большое быстродействие
при выполнении МО, т.к. большинство из них выполняются за один такт работы процессора.
Недостатками являются большие аппаратные затраты и трудности при внесении изменений в
работу ОУ.
Другой принцип организации управления ОУ, заключается в том, что каждой МО ставится в
соответствие слово (или часть слова), называемое микрокомандой (МК) и хранимое в памяти
внутри процессора подобно тому, как хранятся в памяти команды компьютера. Каждой команде
процессора соответствует микропрограмма (МП), т. е. набор МК указывающих, какие УИ и в
какой последовательности необходимо возбуждать для выполнения данной операции. Такой
подход получил название микропрограммирования или мягкой логики. При
микропрограммной реализации команд процессора логика управления ОУ реализуется не в виде
электронной схемы, а в виде закодированной информации, находящейся в каком-то массиве
регистров процессора или памяти. Как правило микропрограммы хранятся в постоянном
запоминающем устройстве (ПЗУ), находящемся внутри процессора. По сути при такой реализации
команд процессора, внутри него используется УА, построенный по принципу фон-неймоновской
вычислительной машины.
Основные положения, на которых основан принцип микропрограммного управления ОУ,
заключаются в следующих пунктах :
1. Любая операция процессора рассматривается как сложное действие и разделяется на
совокупность элементарных действий, называемых микрооперациями (МО). Выполнение
каждой МО осуществляется специальной комбинационной схемой (КС) за один такт
машинного времени;
2. Порядок выполнения МО задается алгоритмом операции и зависит от значений логических
условий (ЛУ). ЛУ принимают значения истина или ложь в зависимости от резудьтатов
операции. ЛУ используются в качестве условий альтернативных переходов в алгоритмах
операций;
3. Алгоритм, представленный, записанный в терминах МО и ЛУ, называется
микропрограммой (МП). МП задает порядок выполнения МО и проверки ЛУ во времени.
4. Совокупность микропрограмм реализует любую команду процессора.
Преимуществом микропрограммного управления ОУ является, легкость модернизации
процессора, которая может заключаться в изменении кода имеющихся МП или внесением новых,
расширяющих систему команд процессора. К недостаткам можно отнести увеличение времени
выполнения команд, т.к. появляются дополнительные операции, обеспечивающие выполнение
микропрограмм. Данный недостаток, с развитием элементной базы стал несущественным, т.к.
достигнуто значительное увеличение быстодействия элементов СБИС.