Podstawy Informatyki Układ sterujący

Transkrypt

1 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Podstawy Informatyki alina.momot@polsl.pl

2 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Plan wykładu 1 Maszyna W Lista rozkazów maszyny W 2 - wersja szyta Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz 3 - wersja mikroprogramowana Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji

3 Maszyna W Plan wykładu - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Maszyna W Lista rozkazów maszyny W

4 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Lista rozkazów maszyny W Maszyna W Lista rozkazów maszyny W Tablica rozkazów Symbol Kod Treść DOD 001 (Ak) + ((Ad)) Ak ODE 010 (Ak) ((Ad)) Ak ŁAD 011 (Ak) (Ad) POB 100 ((Ad)) Ak SOB 101 (Ad) L SOM 110 (Ad) L gdy Z = 1 STP 111 zatrzymanie zegara

5 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Rozkazy arytmetyczne Maszyna W Lista rozkazów maszyny W DOD: (Ak) + ((Ad)) Ak 1 czyt, wys, wei, il 2 wyad, wea 3 czyt, wys, weja, dod, weak wyl, wea ODE: (Ak) ((Ad)) Ak 1 czyt, wys, wei, il 2 wyad, wea 3 czyt, wys, weja, ode, weak wyl, wea

6 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Rozkazy przesyłów Maszyna W Lista rozkazów maszyny W POB: ((Ad)) Ak 1 czyt, wys, wei, il 2 wyad, wea 3 czyt, wys, weja, przep, weak wyl, wea ŁAD: (Ak) (Ad) 1 czyt, wys, wei, il 2 wyad, wea, wyak, wes 3 pisz, wyl, wea

7 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Rozkazy skoków Maszyna W Lista rozkazów maszyny W SOB: (Ad) L 1 czyt, wys, wei, il 2 wyad, wel, wea SOM: (Ad) L, gdy Z = 1 1 czyt, wys, wei, il 2 Jeżeli Z = 1, to wyad, wel, wea Jeżeli Z = 0, to wyl, wea

8 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Maszyna W Lista rozkazów maszyny W realizuje pewną funkcję wektorową X = Φ(Y ), czyli i x i = Φ i (Y ) X = (x 1, x 2,..., x n ) - mikrorozkaz, czyli wektor sygnałów sterujących doprowadzanych do punktów sterowania Y = (y 1, y 2,..., y m ) - stan urządzenia, czyli wektor sygnałów zgłoszenia (stanu) generowanych przez źródło zgłoszenia

9 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Równania rozkazów Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz Sterowanie PaO wea = f 2 + f 3 (DOD + ODE + POB + ŁAD) czyt = F 1 + F 3 (DOD + ODE + POB) pisz = F 3 ŁAD Sterowanie JA-L weja = F 3 (DOD + ODE + POB) dod = F 3 DOD ode = F 3 ODE przep = F 3 POB weak = f 3 (DOD + ODE + POB)

10 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Równania rozkazów Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz Sterowanie przesyłami międzyrejestrowymi wys = F 1 + F 3 (DOD + ODE + POB) wes = f 2 ŁAD wei = f 1 wyad = F 2 (DOD + ODE + POB + ŁAD + SOB + SOM Z) wel = f 2 (SOB + SOM Z) wyl = F 2 SOM Z + F 3 (DOD + ODE + POB + ŁAD) wyak = F 2 ŁAD Inkrementacja licznika rozkazów il = f 1

11 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz Realizacja układu sterującego w logice szytej

12 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Fazy pracy układu sterującego Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz Wszystkie operacje w komputerze wykonywane są w ściśle określonych jednostkach czasu wyznaczanych przez generator impulsów zegarowych Impulsy te służą do synchronizacji pracy poszczególnych elementów komputera Jednostką czasu jest faza, czyli czas między dwoma kolejnymi impulsami zegarowymi Cykl to ciąg następujących po sobie i powtarzających się faz, np. cykl rozkazowy: 1 pobranie i zdekodowanie rozkazu 2 jeśli rozkaz ma argument, to pobranie argumentu 3 wykonanie zadanej operacji 4 przygotowanie następnego rozkazu

13 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Fazy pracy układu sterującego Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz W przypadku maszyny W posiadającej pamięć półprzewodnikową układ Dystrybutora Faz generuje 3 fazy

14 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Prosty Dystrybutor Faz Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz

15 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Analiza pracy Dystrybutora Faz Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz F 1 F 2 F 3 DOD ODE POB ŁAD SOB SOM Zakładając, że występowanie wszystkich rozkazów w programie jest jednakowoprawdopodobne traci się 2/18 11% czasu. W przypadku pamięci ferrytowej operacja zapisu i odczytu trwa dwie fazy: czyt - niszczący odczyt oraz powtórny zapis, pisz - zerowanie oraz zapis, więc można byłoby zaoszczędzić 4/24 17% czasu.

16 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Analiza pracy Dystrybutora Faz Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz F 1 F 2 F 3 DOD ODE POB ŁAD SOB SOM Zakładając, że występowanie wszystkich rozkazów w programie jest jednakowoprawdopodobne traci się 2/18 11% czasu. W przypadku pamięci ferrytowej operacja zapisu i odczytu trwa dwie fazy: czyt - niszczący odczyt oraz powtórny zapis, pisz - zerowanie oraz zapis, więc można byłoby zaoszczędzić 4/24 17% czasu.

17 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Inteligentny Dystrybutor Faz Równania rozkazów Realizacja układu sterującego w logice szytej Dystrybutory Faz Inteligentny DF generuje liczbę faz zależną od wykonywanego rozkazu

18 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Wprowadzenie Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji Maurice Vincent Wilkes ( ) - angielski informatyk, ceniony za swój wkład w budowę pierwszych komputerów. W 1951 r. rozwinął koncepcje mikroprogramowania: zaproponował, aby jednostka centralna komputera była sterowana za pomocą programu zapisanego w szybkiej pamięci ROM.

19 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Koncepcja mikroprogramowania Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji Wektor sterujący jest tworzony na podstawie zawartości pamięci stałej, w której umieszczone są mikroprogramy rozkazów.

20 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Koncepcja mikroprogramowania Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji Podstawą programowania pamięci stałej są schematy blokowe rozkazów, czyli uporządkowanie względem czasu równań sygnałów mikrosterujących. Mikrorozkazom przyporządkowuje się numery stanowiące ich adresy w pamięci mikroprogramowanej.

21 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Schematy blokowe rozkazów Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji

22 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji

23 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Format mikroinstrukcji Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji Mikroinstrukcja uporządkowany zbiór sygnałów sterujących występujących w jednym takcie zegarowym. W układach sterujących opartych na logice mikroprogramowanej oprócz tych sygnałów zawiera również pole adresu następnej mikroinstrukcji. W maszynie W mikroinstrukcja zawiera: 16 bitów sygnałów mikrosterujących, 4 bity adresu następnej mikroinstrukcji.

24 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Format mikroinstrukcji Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji Prócz tego mogą wystapić jeszcze: pole czasu trwania mikroinstrukcji, pole bitów kontrolnych, np. bit parzystości lub nieparzystości, pole modyfikacji adresu, które umożliwia wykonywanie mikroprogramu z wariantami. Zamiast stosować zwrotnice dla testowania sygnałów stanu (np. Z) przyłącza się sygnał stanu do magistrali adresowej pamięci stałej (rozszerza się przez to adres)

25 - wersja szyta - wersja mikroprogramowana Wprowadzenie Schematy blokowe rozkazów Realizacja układu sterującego w logice mikroprogramowanej Format mikroinstrukcji Porównanie metod realizacji układu sterującego