Назначение и классификация ЦУУ

Центральное устройство управления — это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. ЦУУ вырабатывает управляющие сигналы (УС), необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В связи с этим можно считать ЦУУ преобразователем первичной командной информации, представленной программой решения задачи, во вторичную командную информацию, представляемую управляющими сигналами.

В общем случае ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

Ё выборки из памяти кода очередной команды;

Ё расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

Ё выборки операндов и выполнения машинной операции;

Ё обеспечения прерываний при выполнении команд;

Ё формирования адреса следующей команды;

Ё учета состояний других устройств машины;

Ё инициализации работы контроллеров (каналов) ввода-вывода;

Ё организации контроля работоспособности ЭВМ.

К основным характеристикам ЦУУ следует отнести:

• — принцип формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналов;
• — способ построения цикла работы ЦУУ и ЭВМ в целом;
• — общая организация управления ЭВМ;
• — способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ.

По принципу формирования и развертывания временной последовательности УС различают ЦУУ:

Ё аппаратного (схемного) типа, выполненным в виде управляющего автомата с жесткой логикой, в котором функции переходов и выходов реализуются набором логических элементов, а требуемое количество состояний автомата задается множеством запоминающих элементов;

Ё микропрограммного типа, в которых блок управления реализован как блок микропрограммного управления.

По способу построения рабочего цикла различают ЦУУ:

Ё с прямым циклом, На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.

Ё с обращенным циклом, В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.

Ё с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).

По способу синхронизации работы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают ЦУУ:

Ё с постоянным числом тактов;

Ё с переменным числом тактов.

В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.

К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.

По общей организации управление может быть:

Ё централизованным Блок управления ЦУУ вырабатывает все УС микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;

Ё смешанным Применяются в процессорах, операционные и другие устройства которых имеют собственные узлы местного управления. Тогда блок управления ЦУУ, помимо сигналов микроопераций, вырабатывает так же сигналы для блоков местного управления;

По принципу организации циклов различают ЦУУ:

Ё синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;

Ё асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;

Ё смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.