ВИЙ, включающую извлечение операндов из РОН, ОЗУ или ППЗУ. Большинство реальных конструкций АЛУ предусматривает также кроме формироваиия результата выработку специальных сигналов, например: Результат равен нулю> или Результат имеет отрицательный знак , используемых для принятия решения о выполнении условного перехода.

Существуют различные способы задания последовательностей выполняемых команд, например прерывания. Прерыванием называется последовательность действий, в результате которой выполнение данного алгоритма временно приостанавливается и вместо этого начинает выпо.чняться другой алгоритм. Чтобы потом можно было вернуться к выполнению прерванного алгоритма, обычно в число действий по реализации прерывания входит перепись содержимого счетчика адресов команд из РОН в ОЗУ. Прерывания могут быть многостулен-ными. Другими словами, выполнение алгоритма, прервавшего выполнение первого, в свою очередь может быть прервано третьим и т. д. При этом образуется последавательность содержимых САК и РОН, хранящаяся в ОЗУ в заданном юрядке. Этот порядок обеспечивается специальным устройством - указа течем стека (УС). Указатель стека также входит в состав блока адресации (см. рис. 2.7).

Прерывание выполняется по Запросу на прерывание , поступающему 13вне по каналу Обмен управляющими сигналами с внешней средой . Этот анал также имеет буфер, ничем, кроме, возможно, числа запоминающих эле-iieHTOB, не отличающийся от буфера адресов и буфера данных. Кроме запросоз la прерывание по каналу Обмен управляющими сигналами с внешней средой предаются сигналы синхронизации, сигналы готовности тех или иных устройств i выполнению операции и т. п.

Подводя итоги, заметим, что какова бы ни была операция, выполняемая фоцессором, она требует для реализации множества управляющих сигналов, [оторые можно разделить на группы так, как показано на рис. 2.8. Первая ipynna -это код операции. Мы подробно рассмотрели, что такое код операции фименительно к АЛУ. Но он совсем не обязательно должен откоситься к АЛУ. Сейчас принято подразделять различные операции на пять основных групп.

AV7(f операции

Мресная часть

Признаки

Рис. 2 8 Формат команды

Операции пересылки. Они предусматривают перезапись слова (группы слов) 3 одной ячейки (группы ячеек) памяти в другую. Типичным примером может лужить перепись группы слов из ОЗУ в РОН или из РОН в ОЗУ. Как прави-0, АЛУ не участвует в выполнении операций пересылки и в его регистр РК 3 блока управления не поступает никаких управляющих сигналов. Вместо это-0 блок управления вырабатывает сигналы, активизирующие РОН и (или) ие-едающиеся во внешнюю среду (например, сигнал Разрешение записи в 13У). Однако иногда по тем или иным соображениям, например для обеспече-ня синхронизации, пересылаемое слово проходит через АЛУ, и АЛУ получа-г от блока управления соответствующие управляющие сигналы. Откуда взять ересылаемое слово (группу слов) и куда его направить, определяют управля-2

ющие сигналы, объединенные па рис. 2.8 под общим названием Адресная часть . В простейшем случае пересылки слова из одного РОН в другой адресная часть содержит всего два сигнала, один из которых разрешает считывание из РОН отправителя, а другой-разрешает запись в РОН получателя. Заметим, что и здесь слово передается из одного РОН в другой через внутреннюю магистраль данных. В сложных случаях относительной, косвенной адресации илн же групповых пересылок (см. ранее) адресная часть может содержать несколько слов, представляющих собой либо адреса, либо числа, прибавляемые к адресам. Сама пересылка может выполняться в несколько этапов, причем в формировании адресов активное участие принимает АЛУ, получающее соответствующие команды от блока управления.

Арифметико-логические операции. Это операции, выполняемые АЛУ (они были описаны ранее). Важнейшее свойство БИС с программно перестраиваемой логикой состоит в том, что АЛУ может выполнять любые операции над словами-операндами, т, е., иными словами, выполнять любые подстановки. Практически во всех реальных конструкциях процессоров АЛУ в числе прочих выполняет и арифметические операции сложения и вычитания. Обычно одним из слагаемых (вычитаемым) является операнд, т. е. слово, хранящееся в регистре РО, которое в данном случае рассматривается как целое или дробное число, а вторым слагаемым (уменьшаемым)-слово, хранящееся в регистре РА (аккумуляторе). Часто высказывается мнение, что, поскольку процессор выполняет арифметические операции, его следует относить к средствам вычислительной техники. Однако для этого нет ни малейших оснований. Как уже отмечалось, АЛУ с микропрограммным управлением в принципе способно выполнять любые возможные подстановки, в том числе и такие, которые при определенных условиях можно интерпретировать как результат сложения двух чисел и то при условии, что сами исходные слова рассматриваются как числа. Что представляет собой код операции при выполнении арифметико-логических операций, подробно было рассмотрено в предыдущем разделе. Адресная часть содержит адрес операнда. Как п в операциях пересылки, адресная часть может состоять из одного-единственного сигнала, разрешающего чтение из данного РОН, а может содержать группу слов, участвующих в формировании сложного адреса.

Операции перехода по программе. Порядок выполнения этих операций мы только что рассмотрели. Код операции в данном случае в основном относится к блоку адресации. Арифметико-логическое устройство привлекается (и в его регистр РК передаются управляющие сигналы), лишь когда необходимо сформировать условие прн выполнении операций условного перехода. Адресная часть хранит адрес ячейки памяти, нз которой извлекается команда, подлежащая выполнению вслед за данной. Условия перехода могут содержаться в коде операции и в части, обозначенной на рис. 2.8 словом Признаки .

Операции обращения к внешним устройствам. Подробности выполнения этих Операций будут рассмотрены далее. Пока заметим лишь, что формально выполнение этих операций ничем не отличается от выполнения операций пересылки.

Прочие операции. К этой группе относятся операции, не вошедшие ни в одну из предыдущих групп. Типичным примером здесь могут служить упоминавшиеся операции прерывания.

Набор управляющих сигналов получил название микрокоманды. Главная отличительная особенность микрокоманды (в противоположность командам, о которых речь пойдет дальше) - это то, что микрокоманда состоит из сигналов.

непосредственно воздействующих иа те или иные входы функциональных элементов (затворы транзисторов). Таких управляющих сигналов в составе одной микрокоманды может быть очень много (до нескольких сотен).

Таковы в общих чертах построение и принцип действия процессора. Реальные конструкции процессоров могут отличаться, подчас достаточно значительно, от обобщенной схемы, показанной на рис. 2.7. Однако до сих пор наша цель состояла в том, чтобы прояснить и сформулировать ряд ведущих принципов, положенных в основу микропроцессорной техники. Суть этих принципов сводится к следующему:

1. Процессор реализует алгоритм, описание которого хранится в том или ином устройстве памяти, внешнем по отношению к процессору. Говорят, что процессор работает по хранимой программе , и часто усматривают при этом аналогию с устройствами вычислительной техники. Однако никакой аналогии здесь нет. Одним из первых применений принципа работы по хранимой программе были ткацкие станки Жаккарда, появившиеся задолго до вычислительных машин. В настоящее время этот принцип используется повсеместно, в том числе и в лифтах, что мы специально отмечали гл. 1.

2. Каждая операция в процессоре управляется соответствующей микрокомандой (принцип микропрограммирования). Это важнейший принцип, обеспечивающий универсальность процессора.

3. Правильность выполнения операций (несмотря на наличие переходных процессов в электрических цепях) гарантируется специальной службой внутренней и внешней синхронизации.

4. Практически все даииые, передаваемые от одного блока к другому, проходят через внутреннюю магистраль данных (принцип магистральной организации).

2.4. Каков же он, процессор?

До сих пор мы рассматривали некоторую обобщенную схему процессора Теперь познакомимся с характеристиками реальных конструкций.

Первый и, пожалуй, важнейший вопрос, который приходится решать конструктору, приступившему к созданию очередного процессора, это вопрос о том, как делать процессор? В виде одного или нескольких кристаллов БИС? Вопрос этот настолько важен, что нам имеет смысл подробнее остановиться на его обсуждении.

Вспомним, что технологический процесс изготовления БИС сводится в основном к внедрению в отдельные узлы кристаллической решетки полупроводника (чаще всего кремния) атомов различных примесей. Ясно, что ковырять такой атом невозможно, поэтому надежность БИС поистине фантастична, в это еще одно замечательное свойство современной технологии изготовления микросхем. Но это справедливо лишь применительно к самому кристаллу. Стоит нам поместить кристалл в корпус и снабдить его выводами, положение резко меняется. Выводы соединены обычной пайкой, а такие соединения весьма ненадежны. Существует еще и другой фактор. Проводники, соединяющие отдельные компоненты схемы в кристалле, имеют длину от нескольких долей миллиметра до нескольких микрон. Столь короткие проводники практически не подвержены воздействию внешних электрических и магнитных полей. Говорят, что кристалл БИС практически не чувствителен к помехам.