Структура центрального процессора

В общем случае ЭУМ содержит несколько типов процессоров:

1) центральный (ЦПр);

2) специализированные процессоры;

3) каналы ввода/вывода.

Все типы процессоров используют одинаковые общие принципы построения и работы. Рассмотрим наиболее сложный процессор - ЦПр.

ЦПр выполняет функции основной арифметической и логической обработки данных в реальном масштабе времени, заданные программами, организует совместную работу основных устройств ЭУМ, управляет работой основной памяти в процессе выполнения команд программы и обеспечивает связь человека-оператора с устройствами ЭУМ через пульт управления.

Принцип построения ЦПр блочный, то есть различные аппаратные средства ЦПр объединяются в блоки по функциональному признаку, оформляемые как правило, в виде отдельных конструктивных единиц.

Рассмотрим типовую структуру ЦПр, построенного на микросхемах средней степени интеграции и специализированного на решении задач управления процессами коммутации на узле коммутации (УК)

(см. рис. 2.1).

Рис. 2.1. Структурная схема ЦПр

 

В состав ЦПр входят следующие основные блоки:

1.БЦУ – блок центрального управления. Он организует последовательность выполнения команд программы, осуществляет обмен информацией с основной памятью, дешифрирует считанные из основной памяти команды и координирует работу других блоков ЦПр в процессе выполнения команд.

2.АЛБ – арифметико-логический блок. Реализует арифметические и логические операции над данными и в зависимости от результата операции устанавливает значение признаков выполнения команды. Используется также для формирования абсолютных адресов команд и данных при относительной адресации.

3.БРОН – блок регистров общего назначения. Он содержит рабочие, базисные и индексные регистры, используемые для хранения промежуточных данных, адресов и индексов.

4.БПП – блок прерывания программ. Он принимает внешние сигналы от других процессоров, каналов ввода/вывода, пульта управления и внутренние сигналы от других блоков и схем контроля данного ЦПр и основной памяти, устанавливает приоритетность этих сигналов, анализирует возможность прерывания выполняемой программы и при необходимости прерывания выдает соответствующий сигнал в БЦУ.

5.БСПУУ – блок сопряжения с периферийными УУ. Предназначен для организации обмена информацией между ПУУ и ЦПр. При возникновении в процессе обмена информацией особых ситуаций БСПУУ формирует и передает в БПП соответствующий сигнал прерывания.

6.БСВ – блок службы времени. Выполняет функции получения истинного или астрономического времени, выработки последовательности сигналов прерывания с нужной периодичностью и реализации программно-управляемых таймеров.

Информационная взаимосвязь рассмотренных блоков ЦПр между собой осуществляется через шины А, Б и В. Шина А служит для передачи информации от блоков БЦУ, БРОН, БПП, БСПУУ, БСВ, а также от регистров других процессоров и ПУ в регистр 1-го операнда блока АЛБ. По шине Б передается информация из блоков БЦУ и БРОН в регистр 2-го операнда блока АЛБ. Информация в блоки БЦУ, БСПУУ, БПП, БРОН и БСВ передается через шину В. Каждая из шин А.Б и В соединена с несколькими источниками или приемниками информации, однако по каждой шине в данный момент может передаваться информация только от одного источника к одному приемнику. Последовательностью передачи информации через шины управляет БЦУ с помощью набора схем И, включенных между шиной и источником или приемником информации. При необходимости передачи информации от шины В в некоторый блок БЦУ посылает в соответствующую группу схем управляющий сигнал, разрешающий прохождение через эти схемы информации к нужной схеме или регистру этого блока. Аналогично передается информация через шины А и Б. Связь процессора с основной памятью ЭУМ осуществляется через АШ, ИШ (адресную и информационную шины).