Организация на изчислителния процес

Ключови понятия:
 Централен процесор
 Управляващо устройство
 Аритметико-логическо устройство
 Оперативна памет
 Пулт за управление




Цели:
След запознаване с материала Вие трябва да можете:
 да посочите основните съставни части на един процесор;
 да посочите компонентите на централния процесор;
 да посочите какъв тип е разглежданият в материала процесор;
 да обясните начина на действие на този процесор;
 да обясните какви промени трябва да се направят него, за да
стане той от акумулаторен тип и да посочите какви други типове
процесори съществуват;
 да обясните какво трябва да се добави към схемата на
разглеждания процесор, за да може той да изпълнява инструкции
с относителна адресация, инструкции за преход и връщане към и
от подпрограма и циклични програми.

Структурата на един примерен процесор със система от едноадресни команди е
показана на фиг.1. Както се вижда от схемата, процесорът се състои от централен
процесор (ЦПр), оперативна памет (ОП) и пулт за управление (ПУ). В състава на
ЦПр влизат управляващото устройство (УУ) и аритметико -логическото устройство
(АЛУ). УУ се състои от блок за управление на командите (БУК) и централен блок за
управление на операциите (ЦБУО). В състава на БУК влизат броячът на адреса на
командите (БрАК), регистърът на командите (РК) и дешифраторът на кода на
операцията (ДШКОп). АЛУ се състои от регистри на операндите (Р1) и (Р2), суматор
(), регистър на резултата (Р3) и блок за местно управление (БМУ). В състава на ОП
влизат регистърът на адреса (РА), блокът на паметта (БП), регистърът на думата
(РД) и блокът за местно управление (БМУ).



Фиг.1. Структурна схема на примерен едноадресен процесор

Чрез ПУ, като какъвто най-често се използва клавиатура, се задава началният адрес
(НА) на програмата, която трябва да се изпълни, режимът на изпълнението й -
автоматичен/стъпков (А/С) и сигналът “Пуск”/”Стоп” (П/С). Съставна част на ЦПр е и
регистърът на признаците на резултата (РПрР), който не е показан на горната схема.
В този регистър, след изпълнението на определена команда, се записват
признаците на резултата, а именно: Z - признак за нулев резултат, N - признак за
отрицателен резултат, C - признак за възникване на пренос, H - признак за
възникване на полупренос и OV - признак за препълване на разрядната мрежа. Ако
резултатът от операцията е равен на 0, то Z=1 и обратно. Ако резултатът е
отрицателен, то N=1 и обратно и т.н.

КОп А
ДШКОп
БрАК+1
ЦБУО
Р1 Р2
Р3
АЛУ
( )
БМУ БМУ
РА
РД
ОП
(БП)
С11С1
С2 С6
С10
С7 С8
Ч/З
С3
НО
ОП
ОПКО
ОПКО
С4
С5
С9
РК
АЛУКО
АЛУ
КО
НО
АЛУ
С1
С2
С3
С4
Сn
ЦПр
ПрР
БУК
С5
ПУ
(Клавиатура)
НАА/СП/С
УУ

Действието на процесора след прехвърлянето на програмата и входните
данни от някакво външно запомнящо устройство в ОП, в съответствие с
принципа на програмното управление, се свежда до последователното
извличане, декодиране и изпълнение на командите, от които тя се състои.
По-долу, с цел опростяване на обяснението, се предполага, че всяка от
разглежданите команди се съхранява в една клетка на паметта.


Стартиране изпълнението на програмата:
Чрез пулта за управление се задават последователно:
 началният адрес на програмата;
 режимът на изпълнението й (автоматичен или стъпков);
 сигналът “Пуск”.
При различните компютри това се прави по различен начин.

Извличане на кода на първата команда и формиране адреса на
следващата клетка (команда):
 От ДШКОп към БМУ на ОП се подава сигнал за четене – “1”, а ЦБУО
генерира следната поредица от управляващи сигнали:
 С1: БрАК := НА
 С2: РА := (БрАК) = НА
 С3: НООП (в ОП се извършва операция “Четене”)
 След получаването на сигнал КООП -
 С4: РК := (РД) = 1-ва команда
 С5: БрАК := (БрАК)+1

Изпълнение на командата:
а. Команда за обмен – от ОП в АЛУ (Р1)
 От ДШКОп към БМУ на ОП се подава сигнал за четене – “1”. Под
въздействие на същия сигнал ЦБУО генерира следната поредица от
управляващи сигнали:
 С6: РА := (РК)А
 С3: НООП (в ОП се извършва операция “Четене”)
 След получаването на сигнал КООП -
 С7: Р1 := (РД)
 С2, С3, С4, С5 – извличане на кода на следващата команда и формиране
адреса на по-следващата

б. Команда за аритметическа операция – (Р1)х(Р2) → Р3
 От ДШКОп към БМУ на АЛУ се подава сигнал, указващ вида на операцията,
която трябва да се извърши. Под въздействие на същия сигнал ЦБУО
генерира следната поредица от управляващи сигнали:
 С9: НОАЛУ
 След получаването на сигнал КОАЛУ -
 С2, С3, С4, С5 – извличане на кода на следващата команда и формиране
адреса на по-следващата

в. Команда за обмен – от АЛУ (Р3) в ОП
 От ДШКОп към БМУ на ОП се подава сигнал за запис – “0”. Под въздействие
на същия сигнал ЦБУО генерира следната поредица от управляващи
сигнали:
 С6: РА := (РК)А
 С10: РД := (Р3)
 С3: НООП (в ОП се извършва операция “Запис”)
 След получаването на сигнал КООП -
 С2, С3, С4, С5 – извличане на кода на следващата команда и формиране
адреса на по-следващата

г. команда за безусловен преход
 С11: БрАК := (РК)А = АПР
 С2, С3, С4, С5 – извличане на кода на следващата команда и форми ране
адреса на по-следващата

д. команда за условен преход (напр., при нулев резултат)
 Ако Z=1
 С11: БрАК := (РК)А = АПР
 С2, С3, С4, С5 – извличане на кода на следващата команда и формиране
адреса на по-следващата
 Ако Z=0
 С2, С3, С4, С5 – извличане на кода на следващата команда и формиране
адреса на по-следващата

Процесът на извличане и изпълнение на команди ще продължава до срещане на
команда за спиране работата на процесора или до подаване на сигнала “Стоп”.

Ако някои команди са с по-голяма дължина и се разполагат в две или повече
последователни клетки, то тяхното извличане става чрез съответния брой
обръщения към ОП. При това, след всяко обръщение към ОП, съдържанието на
БрАК се увеличава с единица.

Ако резултатът от дадена операция в АЛУ може да бъде записван в един от
регистрите Р1 или Р2, т.е. ако тези регистри изпълняват ролята както на източници
на операнди, така и на приемници на резултата, т.е. на акумулатори, то от
програмата ще отпаднат много от командите за обмен между ОП и АЛУ, което ще
доведе до съществено намаляване на заеманото от нея място в паметта, а също и
до намаляване на времето за изпълнението й, т.к. много от командите в една
програма използват като операнд резултата от предидущата команда. Тази идея е
заложена в процесорите от акумулаторен тип. На фиг.2 е показана схемата на
процесор с един акумулатор. При изчисляване стойността на израза (a + b)/c – d с
процесора от фиг.1 ще са необходими общо 9 команди за обмен, а при процесора от
фиг.2 – само 5, т.е. почти два пъти по-малко.

Фиг.2. Структурна схема на примерен едноадресен процесор
с акумулатор





1. Кои са основните съставни части на един процесор?
2. Кои са компонентите на централния процесор?
3. От какъв тип е процесорът на фиг.1?
4. Какви промени трябва да се направят в схемата от фиг.1, за да стане
процесорът от акумулаторен тип?
5. Какви други типове процесори съществуват?
6. Какво трябва да се добави към схемата от фиг.1, за да може
процесорът да изпълнява инструкции с относителна адресация
(индексна адресация)?
7. Какво трябва да се добави към схемата от фиг.1, за да може
процесорът да изпълнява инструкции за преход и връщане към и от
подпрограма?
8. Какво трябва да се добави към схемата от фиг.1, за да може
процесорът да изпълнява циклични програми?

КОп А
ДШКОп
БрАК+1
ЦБУО
Р1
A
АЛУ
( )
БМУ БМУ
РА
РД
ОП
(БП)
С11С1
С2 С6
С10
С7
С8
Ч/З
С3
НО
ОП
ОПКО
ОПКО
С4
С5
С9
РК
АЛУКО
АЛУ
КО
НО
АЛУ
С1
С2
С3
С4
Сn
ЦПр
ПрР
БУК
С5
ПУ
(Клавиатура)
НАА/СП/С
УУ