Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

— преобразование операционной части команды, т. е. форми­ рование управляющих сигналов для выполнения любой предусмо­ тренной схемой машины операции.

Кроме того, устройство управления должно обеспечивать ввод исходных данных и, если требуется, ввод программ, выдачу ре­ зультатов решения из машины, пуск и останов машины, контроль работы машины, работу машины в различных режимах (автомати­ ческом, по циклам) и т. п. Дополнительные функции устройства управления определяются, главным образом, назначением машины и принципами ее использования. Так, для многопрограммных ЦВМ весьма важной функцией устройства управления является преры­ вание выполнения данной программы с последующим возвратом к ней.

Классификация устройств управления. Устройства управления классифицируются по различным признакам. По своим возможно­ стям они делятся на универсальные устройства управления и устройства «жесткой» программы. Первые используются в абсо­ лютном большинстве машин и обеспечивают выполнение любых программ в пределах возможностей данной машины. Вторые обес­ печивают выполнение лишь отдельных фиксированных программ, например многократное решение одной и той же задачи при раз­ личных исходных данных в узкоспециализированной ЦВМ.

Устройства управления по принципам построения и выполнения циклов работы делятся на синхронные и асинхронные; так же делят и соответствующие машины. В так называемых синхронных машинах любая команда начинает выполняться только через вре­ мя 7Ц= const после начала выполнения предыдущей, т. е. на вы­ полнение любой команды отводится заранее рассчитанное время. В асинхронных машинах очередная команда начинает выполнять­

■маты, не требующие жесткого тактирования при своей работе. Поэтому можно различать «внешнюю» асинхронность — по пере­ менному циклу работу и «внутреннюю» асинхронность — по прин­ ципам работы узлов.

t В машинах с постоянным циклом работы часть общего време­ ни, отводимого на решение задачи, тратится «вхолостую», так как для большинства операций обычно требуется значительно меньше времени, чем для наиболее длительной из них, по которой устанав­ ливается цикл. Асинхронные устройства управления обеспечивают большее быстродействие машины, так как в этом случае нет пауз между реальными циклами выполнения команд. Однако асинхрон­ ные устройства управления при прочих равных условиях оказы­ ваются сложнее синхронных.

Для построения устройств управления, обладающих достоин­ ствами как синхронных, так и асинхронных устройств, в ряде ма­ шин их работа организуется по так называемому синхронно-асин­

278

хронНому принципу. За основу принимается постоянный цикл, врёмя которого устанавливается по самой длительной из числа «ко­ ротких» операций. За время основного цикла блоки центрального управления УУ вырабатывают вполне определенный набор управ­ ляющих сигналов, достаточный для выполнения «коротких» опера­ ций. При выполнении операций, не укладывающихся по времени в принятый цикл, в соответствующие моменты времени работа бло­ ков центрального управления приостанавливается и управляющие сигналы вырабатываются блоками местного управления УУ. После окончания работы этих блоков возобновляется работа блоков цен­ трального управления.

Рис. 9.2. Временная диаграмма цикла:

а —для «коротких» операций; б — для «длинных» опе­ раций

Организация работы устройства управления при основном по­ стоянном цикле поясняется с помощью временных диаграмм, при­ веденных на рнс. 9.2. Диаграмма, изображенная на рис. 9.2,6, отвечает случаю выполнения операции, не укладывающейся по вре­ мени в принятый цикл. После второго и (т—1)-го тактов выработ­ ка управляющих сигналов блоками центрального управления при­ останавливается и в работу включаются блоки местного управле­ ния МУ. Общее время выполнения этой «длинной» операции (например, деления) складывается из времени основного постоянного цикла Тц и времени работы блоков местного управления Г^у и Тт2 .

Устройства управления делят еще на централизованные и сме­ шанные. При смешанном управлении, которое используется в боль­ шинстве машин, центральное УУ вырабатывает только основные управляющие сигналы, являющиеся задающими для блоков мест­ ного управления, непосредственно организующих работу соответ­ ствующих устройств. В случае централизованных УУ почти все или даже все управляющие сигналы вырабатываются центральным устройством управления; остальные устройства машины практиче­ ски не имеют блоков местного управления.

По принципу формирования наборов управляющих сигналов (УС) устройства управления еще делят на УУ со схемным формирова­ нием УС и УУ с программным формированием управляющих сиг­ налов, или микропрограммные УУ. Отличительной особенностью микропрограммных УУ является использование при формировании наборов УС запоминающих устройств, как правило, постоянных, или односторонних. . Для «схемных» и микропрограммных

279

устройств управления принимается, что каждый управляющий сиг­ нал вызывает выполнение одной микрооперации типа сброса триг­ геров регистра в нулевое состояние, передачи кода из одного триг­ гера в другой, перевода счетчика из одного состояния в другое и т. п.; иногда при описании устройств управления понятия управ­ ляющего сигнала и микрооперации условно отождествляют. Набор управляющих сигналов, формируемых одновременно, называется м и к р о к о м а н д о й . Последовательность микрокоманд, необхо­ димых для реализации одной машинной операции (сложения, умножения и т. п.), называют м и к р о п р о г р а м м о й выполне­ ния этой операции. В так называемых микропрограммных УУ имен­ но коды, эквивалентные последовательности микрокоманд, хранят­ ся в постоянных ЗУ.

§ 9.2. Структура устройства управления

Устройства управления универсального типа независимо от их видов имеют одинаковую общую структуру в соответствии с выпол­ няемыми ими общими основными функциями. Для реализации всех «внутренних» операций, связанных с выполнением первых трех основных функций УУ (выборкой очередной команды, хранением команды в течение цикла и преобразованием ее адресной части), выделяется отдельный блок, обычно называемый блоком управле­ ния командами (БУК). Преобразование операционной части коман­ ды осуществляется с помощью второго основного блока устройства управления — блока микрокоманд (БМК). В структуру УУ могут включаться также пульт управления, специальный блок пуска и останова, блок начального ввода информации, блок прерываний.

Структурная схема типового устройства управления универ­ сального типа приведена на рис. 9.3. На ней выделены основные блоки УУ — блок микрокоманд и блок управления командами, пульт управления, блок прерываний — и показаны их основные внутренние и внешние связи. Микрокоманды обозначены на схеме МК; РгА ЗУ и РгЧ ЗУ — соответственно регистр адреса и регистр числа запоминающего устройства машины.

Блок микрокоманд служит, как уже отмечалось, для преобразо­ вания операционной части команды, имеющего своей конечной целью формирование всех необходимых для выполнения заданной операции наборов управляющих сигналов. Основной исходной ин­ формацией, подлежащей преобразованию в БМК, является код операции, получаемый в начале цикла из блока управления коман­ дами; если машина рассчитана на выполнение арифметических и логических операций в нескольких модификациях, то в БМК из БУК дополнительно передается код признака модификации выпол­ няемой операции; в некоторых случаях в БМК передаются коды и других признаков. Для первичного преобразования кодов, получае­ мых из БУК, в блоках микрокоманд используются дешифраторы; это дешифраторы операций (дешифраторы кодов операций) и де­ шифраторы признаков.

280