Процессоры. Центральный процессор

Центральное устройство управления -- это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. ЦУУ вырабатывает управляющие сигналы (УС), необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В связи с этим можно считать ЦУУ преобразователем первичной командной информации, представленной программой решения задачи, во вторичную командную информацию, представляемую управляющими сигналами.

В общем случае ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

выборки из памяти кода очередной команды;

расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

выборки операндов и выполнения машинной операции;

обеспечения прерываний при выполнении команд;

формирования адреса следующей команды;

учета состояний других устройств машины;

инициализации работы контроллеров (каналов) ввода-вывода;

организации контроля работоспособности ЭВМ.

К основным характеристикам ЦУУ следует отнести:

принцип формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналов;

способ построения цикла работы ЦУУ и ЭВМ в целом;

общая организация управления ЭВМ;

способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ.

По принципу формирования и развертывания временной последовательности УС различают ЦУУ:

аппаратного (схемного) типа, выполненным в виде управляющего автомата с жесткой логикой, в котором функции переходов и выходов реализуются набором логических элементов, а требуемое количество состояний автомата задается множеством запоминающих элементов;

микропрограммного типа, в которых блок управления реализован как блок микропрограммного управления.

По способу построения рабочего цикла различают ЦУУ:

с прямым циклом,

На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.

с обращенным циклом,

В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.

с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).

По способу синхронизации работы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают ЦУУ:

с постоянным числом тактов;

с переменным числом тактов.

В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.

К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.

По общей организации управление может быть:

централизованным

Блок управления ЦУУ вырабатывает все УС микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;

смешанным

Применяются в процессорах, операционные и другие устройства которых имеют собственные узлы местного управления. Тогда блок управления ЦУУ, помимо сигналов микроопераций, вырабатывает так же сигналы для блоков местного управления;

По принципу организации циклов различают ЦУУ:

синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;

асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;

смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.