Структуры процессоров цифровой обработки информации.

Структура типовой специализированной ВМ (типа DISP), пригодной для цифровой обработки информации, изображена на рис.7.2.

Рис.7.2. Структурная схема специализированной ЭВМ DISP.

Основные отличия этой машины и рассмотренной ранее включают:

1. наличие раздельных ЗУ для команд и данных;

2.регистр ввода/вывода, обеспечивающий обмен между памятью данных и внешними устройствами.

Разделение памяти на память для команд и память для данных, которое используется в спецЭВМ, является главной особенностью, которая отличает ее от универсального процессора. Это разделение, которое требует определенного дублирования аппаратуры (например, сумматор в АЛУ и сумматор в блоке вычисления адреса в устройстве управления), редко используется в универсальных ВМ. Основанием является тот факт, что в дополнение увеличению аппаратурных затрат разделение памяти на два блока приводит к ограничению гибкости из-за ограничений возможностей модификации команд и адресации программы во время ее выполнения. Однако при цифровой обработке информации (сигналов) эти ограничения несущественны, а это разделение памяти позволяет существенно увеличить пропускную способность процессора. Кроме того, в этом случае длина слова данных и длина слова команды независимы, что является желательным в устройствах цифровой обработки, т.к. слова данных обычно намного короче, чем слова команд.

Формат команды ЭВМ DISP включает поле для кода операции, поле для обозначения индексного регистра и поле, содержащее адрес операнда или адрес перехода в командах управления.

Предполагается, что каждая команда может быть модифицирована, т.е. исполнительный адрес операнда образуется сложением поля адреса в команде с содержимым индексного регистра, указанного с помощью признака индексации (в индексных регистрах).

Устройство управления (УУ) содержит регистр команд (IR), который хранит выполняемую команду, и регистр адреса следующей команды (NIR). Адрес определяется путем естественной адресации.

При выполнении обычных операций команды вызываются последовательно и только при выполнении команд управления адрес следующей команды определяется блоком определения адреса.

В УУ имеется также дешифратор кода операции (КОП), с помощью которого образуется сигнал, управляющий шинами связи между устройствами и выполнением этой операции. Блок определения адреса в УУ вычисляет исполнительный адрес (EA) операнда или команды управления. Это достигается путем сложения содержимого поля адреса в команде с содержимым одного из двух индексных регистров или с нулем, в зависимости от команды. Этот способ адресации позволяет легко изменять адреса и значительно облегчает программирование алгоритмов.

Арифметическое устройство (АУ) содержит арифметический блок, который состоит из АЛУ и умножителя.

Кроме того, АУ имеет в дополнение к накапливающему регистру (аккумулятору АСС) регистр X (RX) для множимого и регистр L (RL), используемый в качестве индексного регистра для организации циклов в программе.

Тщательной исследование степени использования аппаратуры в различных фазах выполнения команды показывает, что она используется недостаточно эффективно по загруженности отдельных устройств. (Один рабочий, другие простаивают).

Простым способом устранения этого недостатка является использование магистрального принципа, т.е. переход к реализации нескольких фаз одновременно.

К сожалению, поточная обработка не всегда возможна. Сложности возникают при выполнении команд управления, и, в особенности, условных команд управления. В этом случае пропускная способность ухудшается, так как нельзя начать следующую команду, не зная какой она должна быть.

Уменьшение пропускной способности, очевидно, зависит от числа команд передачи управления в программе. Один из методов, часто используемый для уменьшения указанного ухудшения, состоит в предположении, что условный переход не будет осуществляться, поэтому декодируется следующая по списку команда. Тогда, если переход действительно не осуществляется, пропускная способность не ухудшается.

Другое затруднение, которое может возникнуть, состоит в определении ошибки, когда машинная проверка или другие ошибки вызывают прерывание программы. Все это может заставить ограничиться применением магистральной обработки для одной или двух фаз.

Дата добавления: 2015-11-14