Принцип микропрограммного управления процессора

Выполнение операции в процессоре осуществляется в виде последовательности выполняемых микрокоманд. Можно пре­дусмотреть другой способ формирования в управляющем устройстве управляющих сигналов, под действием которых в операционном уст­ройстве выполняются микрокоманды. Управляющие сигналы y₁,... y_n на выходе управляющего устройст­ва в каждом тактовом периоде имеют уровни логического 0 и логиче­ской 1. Таким образом, каждой микрокоманде на выходе УУ соответ­ствует некоторая кодовая комбинация. Такие кодовые комбинации, на­зываемые кодовыми комбинациями микрокоманд (или просто микро­командами), можно хранить в управляющей памяти. Последователь­ность микрокоманд, предназначенную для выполнения некоторой операции, называют микропрограммой. При этом выполнение опера­ции сводится к выборке из управляющей памяти последовательно мик­рокоманд микропрограммы и выдаче с их помощью управляющих сиг­налов y₁,... y_n в операционное устройство. В управляющей памяти можно хранить много микропрограмм, пред­назначенных для выполнения различных операции. По выбранной из оперативной памяти команде в управляющей памяти находится соот­ветствующая команде микропрограмма. Далее путем последовательного считывания микрокоманд найденной микропрограммы и их вы­полнения в операционном устройстве реализуется предусматриваемая командой операция. Такой способ реализации операций называется микропрограммным способом, а построенное на этом принципе устройство - управляю­щим устройством с программируемой логикой. На рис. 1 изображена структурная схема процессора с управ­ляющим устройством построенным на основе программируемой логики. Функции блока микропрограммного управления (БМУ) сводятся к определению адреса очередной микрокоманды (МК) в управ­ляющей памяти (УП). Поступающая из оперативной памяти (ОП) ко­манда содержит адрес первой МК той микропрограммы, которая реа­лизует предусматриваемую командой операцию. Таким образом, реша­ется проблема поиска в УП микропрограммы, соответствующей дан­ной команде. Адреса всех последующих МК определяются в БМУ сле­дующим образом. В формате МК (рис. 1.б) предусматривается поле адреса, кото­рое содержит адрес очередной МК. Таким образом, считав из УП мик­рокоманду, по содержимому ее поля адреса узнаем адрес следующей МК. Но так можно получать адреса МК при отсутствии в алгоритме разветвлений, т. е. условных переходов (УсП). Для реализации услов­ных переходов в МК можно предусмотреть поле уловных переходов, в котором указывается, имеет ли место условный или безусловный пере­ход, и в случае условного перехода - на значения каких условий следует ориентироваться при определении адреса очередной МК. Пусть поле условных переходов построено следующим образом. Один из разрядов этого поля указывает вид перехода (например, если содержимое этого разряда 0, то это означает безусловный переход, если содержимое разряда 1 – условный переход). Рис. 1., Структурная схема (а) и формат микрокоманды (б) процессора построенным на принципе программируемой логики.

Кроме того, для каждого условия в поле условных переходов имеется разряд, указывающий участие данного условия в определении адреса. Если условный переход осуществляется по некоторому условию, то формирование адреса очередной МК будем осуществлять замещением младшего разряда содержимого поля адреса текущей МК значением соответствующего условия (такую операцию называют модификацией адреса). Получается разветвление на два направления: в зависимости от значения условия образуются два различающиеся в младшем разряде адреса и очередная МК считывается из одной либо другой ячейки УМ. Если модифицировать два разряда содержимого поля адреса, то можно осуществлять разветвление в четырех направлениях. Поле управляющих сигналов МК используется для подачи управляющих сигналов в операционное устройство ОУ. Таким образом, микрокоманда может быть разлита на две части: одна ее часть, включающая в себя поле адреса и поле условных переходов, определяет функционирование БМУ при определении адреса очередной МК и может быть названа микрокомандой БМУ: другая часть - поле управляющих сигналов — определяет функционирование ОУ и может быть названа микрокомандой ОУ.