Устройство управления (Лекция)
Принцип микропрограммного управления был предложен М. Уилксом в 1951 г и с того времени практически не претерпел никаких изменений. Согласно ему любое электронное устройство (начиная от самого современного микропроцессора и заканчивая электронными часами) может быть представлено в виде пары: устройство управления – операционное устройство, где на долю управляющего устройства приходится полный контроль работы операционного устройства (сюда входит анализ текущего состояния устройства, контроль параметров, принятие решений и т.д.). На долю операционного устройства приходится вся "грязная работа": непосредственно осуществление полученных команд и преобразование контролируемых величин (в том числе и своего состояния) в удобный для управляющего устройства вид. Подводный камень кроется в описании поведения управляющего устройства, собственно именно это и представляет наибольшую сложность (и наибольшие затраты на разработку и реализацию), по сравнению с которой любое сколь угодно сложное контролируемое устройство бледнеет; и именно разработка простых и эффективных устройств управления пожалуй является основным направлением схемотехники.
Что ж, перейдем непосредственно к рассмотрению самих методов организации устройств управления. Самым старым, но как ни странно до сих пор актуальным, является организация управляющего устройства в виде конечного автомата, т.е. в виде устройства обладающего памятью, и результат работы которого зависит от его текущего состояния. Схематически пару управляющее устройство – операционное устройство можно представить следующим образом – рис. 5.1.
Как видно из рисунка, УУ (т.е. управляющее устройство) получает сигналы о текущем состоянии – вектор Х, и выдает управляющие сигналы – вектор У , переход из одного состояния в другое происходит по тактовым импульсам – Clock (т. е. схема является синхронной, что в общем-то необязательно). Операционный же автомат контролирует поведение чего-то, а может быть только себя с выдачей результатов работы, на основе полученных сигналов.
· автоматы с программируемой логикой (на сегодняшний день изжили себя как класс и могут рассматриваться лишь в историческом контексте): автоматы с принудительной адресацией, естественной адресацией и соответственно комбинированной;
· композиционные устройства управления – объединяют преимущества двух предыдущих типов устройств, однако они, на мой взгляд, так же уже не актуальны на сегодняшний день.
Пусть их применение не всегда целесообразно, однако можно с уверенностью сказать, что элемент управления выполненный в виде конечного автомата будет наиболее быстрым и наиболее экономичным (если, конечно не придется вводить для него новую микросхему) решением.
Поговорим о других распространенных устройствах управления – микропроцессорах и микроконтроллерах, первые используются в стационарных решениях и там где требуется большая вычислительная мощность, вторые же используются в портативных маломощных (как по питанию так и по вычислительной мощности) решениях; причем последние обладают дополнительным специфическим набором функций (в зависимости от специализации). Типичную структурную схему устройства использующего вышеназванное решение можно увидеть на рис. 2.
Где ЦП – собственно процессорный элемент; ША, ШД, ШУ – шины адреса, данных, управления соответственно; ОЗУ – текущая память (обычно используется для хранения результатов работы); ПЗУ – обычно содержит набор команд определяющих работу ЦП; В/В 1 … В /В N – устройства вода вывода. При чем для микроконтроллера, эта схема будет несколько отличаться: так например память находится на одном кристалле с ЦП (а так же все прочие непоказанные устройства – контроллер памяти, портов ввода/вывода, прерываний и т.д.) устройства подключенные к портам ввода/вывода не могут самостоятельно управлять шиной и т.п.
Классификация функции устройств управления
Устройство управления ( УУ ) вычислительной машины реализует функции управления кодом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Процесс выполнения программы в ЭВМ представляет собой последовательность машинных циклов.
Главной задачей УУ является преобразование первичной командной информации, представленной программой решения задачи во вторичную командную информацию, представленной управляющими сигналами.
Классификация: А) по способу построения :УУ с центральным управление, УУ с децентрализованным управлением. Б) по степени смещения циклов: УУ с линейным циклом, УУ с совмещением шагов смежных команд. В) по способу согласования: Синхронного и асинхронного типа Г) по принципу построения: УУ с аппаратной реализацией ( жёсткая логика ) и УУ с микропрограммным управлением.
Функции: 1) Управление последовательностью команд – определение адреса следующей команды, её чтение и хранение во время использования команд. 2) управление последовательностью операции микрокоманд в процессе выполнения команды. 3) согласование и синхронизация работы узлов и устройств ЭВМ 4) контроль за работой ЭВМ и индикация состояний её элементов
В современных ЭВМ приняты принудительный или естественный порядок следования команд. Естественный порядок может быть изменен:1)командами перехода 2)командами возврата 3)Запросами прерывания программы
1- делятся на команды условного перехода, т.е. если условно выполняются то осуществляется переход,, если нет, тогда выполняется следующая команда в программе
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .
Способы подключения периферии к компьютеру
Подключение внутренней периферии
Внешняя видеокарта устанавливается в слот PCI-Express на материнской плате. Она имеет собственный процессор для обработки графики, и, как правило, в ней есть выходы для подключения нескольких мониторов. Более мощные модели имеют выходы для отдельных линий питания от блока питания ПК.
Современные видеокарты имеют выходы MiniDP, HDMI или VGA для подключения мониторов. Также HDMI и MiniDP позволяет передавать звук, если в мониторе есть встроенные колонки.
На заметку . Видеокарта может быть и встроенной в материнскую плату. Ее производительности вполне достаточно для простых задач: работы в офисных программах, просмотра фильмов и некоторых игр.
SATA жесткие диски подключаются к материнской плате через SATA кабель. Дополнительно к нему подается линия питания с блока питания.
Привод оптических дисков . Устанавливается в системный блок и подключается кабелем SATA к материнской плате для передачи данных и кабелем питания от блока питания.
Подключение внешней периферии
Клавиатура и мышь . Современные модели подключаются к ПК через USB кабель или беспроводной передатчик.
Колонки, наушники и микрофон . Аудиоустройства подключаются через аудио кабель с разъемом Jack 3.5.
Один его конец вставляется в оборудование – он имеет квадратную форму и обозначается как «тип B». Второй конец подключается к системному блоку и называется «тип А».
2. Устройство управления
Многоуровневая ЭВМ – это вычислительная машина, имеющая средства для работы с различными уровнями языков программирования. Возможные уровни программирования ЭВМ показаны на рисунке.
Если рассматривать базовую ЭВМ с указанных позиций, то окажется, что язык машинных команд не является языком самого нижнего уровня. На нижнем уровне ЭВМ выполняются элементарные действия (микрооперации) над словами данных. Управление порядком следования микроопераций осуществляется с помощью устройства управления (УУ) базовой ЭВМ. Если микро-ЭВМ построена на однокристальном МП, то УУ, как правило, входит в состав БИС МП.
На этапе цикла выборки команды УУ интерпретирует код операции команды, выбранной из программной памяти. На этапе выполнения команды УУ формирует требуемый набор микроопераций. Одной из важнейших характеристик УУ является способность изменения последовательности управляющих сигналов (УС). По этому критерию УУ подразделяют на УУ с жёсткой логикой и на универсальные или микропрограммные УУ.
Специализированные УУ формируют неизменную последовательность УС. Микропрограмма хранится за счёт системы связей между элементами УУ. Поскольку последовательность выработки управляющих сигналов зависит от признаков операций, формируемых АЛУ, то схемные решения специализированных УУ получаются сложными. Отсутствие запоминающих устройств делает специализированные УУ схематехнически сложными. Введение новой операции или изменение старой требует изменения схемы. Неизменяемость и сложность структуры этого типа управления является основным его недостатком, а высокое быстродействие — главным преимуществом.
Специализированное УУ не нашли широкого распространения. В основном используются микропрограммные УУ.
Микропрограммное управление — вид иерархического управления работой ЭВМ, при котором каждая машинная команда является обращением к последовательности микрокоманд более низкого уровня, чем сама команда. Набор микрокоманд называется микропрограммой и хранится в постоянной памяти устройства управления УУ.
Любая машинная команда представляет последовательность микрокоманд (МК), которая образует микропрограмму. Записанные в памяти УУ микрокоманды определяют работу всех устройств ЭВМ.
Загрузка...
