Что такое устройство управления

2. Организация устройства управления.

Устройство управления (УУ) является наиболее важным устройством ЭВМ [л 3, л 4, л 7, л 8, л 9]. Оно обеспечивает автоматическое выполнение команд программы как последовательность циклов исполнения команд. На цикле исполнения команды УУ выполняет следующие функции:

• организует выборку команды;
• дешифрирует код операции;
• формирует адреса обращения к памяти для выборки операндов и размещению результата;
• формирует адреса переходов;
• осуществляет выборку и пересылку операндов;
• управляет выполнением операции, записанной в КОП команды;
• формирует на программном счетчике адрес следующей команды программы.

2.2. Способы организации уу.

Устройства управления можно классифицировать по способам организации и по применяемым микропрограммным автоматам. В УУ централизованного типа все функции по формированию управляющих сигналов сосредоточены в едином блоке управления, из которого сигналы управления поступают во все исполнительные устройства. В УУ децентрализованного типа функции формирования управляющих сигналов распределяются между различными блоками управления, которые в процессе исполнения команды определенным образом взаимодействуют между собой. Конкретное взаимодействие между блоками и их состав определяются конфигурацией процессора. Для формирования управляющих сигналов могут применяться МПА как с жесткой, так и с программируемой логикой. В составе УУ смешанного типа на одних этапах выполнения команды за формирование управляющих сигналов могут отвечать МПА с жесткой логикой, на других – МПА с программируемой логикой. Структура УУ централизованного типа представлена на рис.28. Рис. 28 УУ на цикле исполнения каждой команды формирует в ОЗУ и АЛУ соответствующий набор управляющих сигналов и принимает от них осведомительные сигналы, т.е. выполняет все функции, перечисленные в разделе 2.1. Кроме того, УУ генерирует управляющие сигналы для выполнения процедур на управляющих регистрах. На рис.26 сплошными линиями показаны направления перемещения информации между устройствами, а пунктирными – управляющие и осведомительные сигналы. УУ децентрализованного типа можно представить в различных вариантах, один из которых показан на рис.29. Будем исходить из того, что вычислитель процессора имеет блочную структуру и каждый блок ориентирован на выполнение конкретной операции или ее части. В этом случае УУ представляется композицией микропрограммных автоматов (МПА1, МПА2, …, МПАк) и центрального блока (ЦБ). Можно дать этой схеме, по крайней мере, две интерпретации по распределению функций между блоками УУ. Интерпретация первая. ЦБ берет на себя выполнение следующих процедур:

• формирование адреса команды;
• выборку команды;
• расшифровку кода операции;
• формирование адресов обращения к памяти;
• выборка, и загрузку операндов, запись результатов;
• формирование стартового сигнала для включения соответствующего МПА.

Микропрограммные автоматы выполняют задачу формирования последовательности управляющих сигналов в соответствующий исполнительный блок – операционный автомат(ОА). ЦБ и МПА связаны между собой асинхронными связями и взаимодействуют по системе «приказ- ответ». Рис.29 В качестве примера взаимодействия ЦБ и МПА рассмотрим их работу на цикле исполнения 3-х адресной команды арифметической операции. Структура цикла показана на рис.30.

• ЦБ по содержимому программного счетчика выбирает команду(Тк), дешифрирует код операций(ДС КОП), формирует адреса обращения за 1-м и 2-м операндами и пересылает их в соответствующий ОА (ТА1 ,ТА2 ). Затем микропрограммный автомат центрального блока вырабатывает сигнал «Старт», который инициирует начало работы одного из МПА. В дальнейшем, все управляющие сигналы для обработки данных в ОА формирует МПА. По завершению работы он информирует центральный блок сигналом об окончании своей работы. Далее ЦБ завершает цикл исполнения команды путем формирования адреса результата и записи результата в память.

Рис.30 Где Тк – Время выборки команды Т_А1– Время формирования адреса А1 и выборки 1-го операнда Т_А2– Время формирования адреса А2 и выборки 2-го операнда Тц – Время цикла. Интерпретация вторая. ЦБ только выбирает команду, дешифрует КОП и отсылает ее в блок управления соответствующим исполнительным устройством. В этом случае МПА, показанные на рис.29, расширяют свои функции до уровня местных УУ, т.е. устройств управления, реализующих только одну команду. Допустим, что данный ОА предназначен для перемножения чисел. Местное УУ этого ОА принимает из ЦБ команду, само выполняет все запросы операндов, руководит перемножением операндов и размещает результат в памяти. После завершения работы сигналом об окончании информирует ЦБ. Во время работы блока умножения арифметико-логического устройства центральный блок может сформировать адрес следующей команды, выбрать ее и передать в другой блок. Это позволяет загрузить работой параллельно ряд исполнительных блоков. Похожая идея используется в WLIV– ВС, в которых одновременно осуществляется выборка группы команд, содержащих различные КОП, и параллельно этими командами загружается группа исполнительных устройств. Децентрализованное управление при конвейерной обработке. Любой конвейер представляет собой совокупность ступеней, последовательно связанных между собой, как по обработке данных, так и по формированию управляющих сигналов, причем каждая ступень представляет собой ОУ, реализующее только одну подфункцию (рис.31). Рис.31 Процедуры, связанные с вычислением подфункции, выполняются в ОА ступени. Управление работой ступени осуществляет его микропрограммный автомат. Когда ступень вычислила подфункцию, результат по сигналу МПА передается на вход следующей ступени, а сам МПА инициирует работу МПА следующей ступени. В асинхронных конвейерах на ОА возлагаются достаточно сложные функции обработки данных. По этой причине и МПА должны реализовывать сложные графы управления. Каждая ступень конвейера представляет собой самостоятельное операционное устройства(ОУ). В синхронных конвейерах взаимодействие между ступенями по управлению происходит аналогично выше рассмотренному. Разница заключается лишь в том, что МПА вырождаются в простые схемы, которые обеспечивают синхронизацию передач между фиксаторами и выдачу управляющих сигналов для выполнения в «логике» ступени элементарных процедур. Организация УУ с точки зрения применяемых микропрограммных автоматов представлена на рис. 32. Рис.32 Управляющие сигналы могут полностью формироваться МПА с жесткой логикой на всем цикле команды. Эти сигналы формируются логическими схемами в соответствии с «запаяным» алгоритмом управления. Такие автоматы еще принято называть МПА с запаянной логикой. Они не могу изменять своих функций. Это нашло отражение в наименовании МПА данного типа. Они строятся на базе автоматов МИЛИ – МУРА (или по терминологии [л 8] автоматов с памятью) и на базе жесткого временного распределения сигналов (ЖВРС). В МПА с программируемой логикой сигналы управления хранятся в управляющей памяти в виде последовательности микрокоманд (микропрограммы), в каждой из которых записана группа сигналов , формируемая в данном такте работы процессора. Такого вида МПА различают по применяемым способам микропрограммирования (кодирования) микрокоманд и по организации перехода к следующей микрокоманде. Первое относится к форме представления управляющих сигналов в микрокоманде. Второе определяется форматом микрокоманд, обеспечивающих переходы в микропрограммах. От МПА с жесткой логикой их отличает возможность изменения алгоритмов управления путем замены в управляющей памяти старой микропрограммы на новую.

2.2. Устройство Управления

Как ясно из самого названия, устройство управления (УУ) управляетвсеми остальными устройствами ЭВМ. Оно осуществляет это путём посылкиуправляющих сигналов, подчиняясь которым остальные устройства производят определённые действия, предписанные этими сигналами. Это устройство является единственным, от которого на рис. 2.1 отходят тонкие стрелки ко всем другим устройствам. Остальные устройства могуткомандоватьтолько памятью, делая ей запросы на чтение и запись машинных слов.

Принцип автоматической работы.Машина, выполняя записанную в её памятипрограмму, функционирует автоматически, без участия человека. 1 Программа– набор записанных в памяти (не обязательно последовательно) машинных команд, описывающих шаги работы алгоритма. Таким образом, программа – это запись алгоритма наязыке машины.Язык машины– набор всех возможных команд.

Принцип последовательного выполнения команд.Устройство управления выполняет некоторую команду от начала до конца, а затем по определённому правилу выбирает следующую команду для выполнения, затем следующую и т.д. Этот процесс продолжается, пока не будет выполнена специальная команда останова, либо при выполнении очередной команды не возникнетаварийная ситуация (например, деление на ноль). Аварийная ситуация – это аналогбезрезультативногоостанова алгоритма.

2.3. Арифметико–Логическое Устройство

В архитектуре машины фон Неймана арифметико-логическое устройство (АЛУ) может выполнить следующие действия.

1. Считать содержимое некоторой ячейки памяти – поместить копию машинного слова из этой ячейки в ячейку, расположенную в самом АЛУ. Такие ячейки, расположенные не в памяти, а в других устройствах ЭВМ, называются регистровой памятью или просторегистрами.
2. Записать в некоторую ячейку памяти – поместить копию содержимого регистра АЛУ в ячейку памяти. Когда не имеет значения, какая операция (чтение или запись) производится, говорят, что происходит обменмашинным словом между регистром и памятью.
3. АЛУ может также выполнять различные операции над данными в своих регистрах, например, сложить содержимое двух регистров (обычно называемых регистрами первого R1 и второго R2 операндов), и поместить результат на третий регистр (называемый, как правило, сумматором S).

2.4. Взаимодействие уу и алу

Революционность идей фон Неймана заключалась в специализации: каждое устройство отвечает за выполнение только своих функций. Если раньше, например, память часто не только хранила данные, но и могла производить операции над ними, то теперь было предложено, чтобы память только хранила данные, АЛУ производило арифметико-логические операции над ними, устройство ввода только вводило данные извнешнего мирав память и т.д. Фон Нейман распределил функции между различными устройствами, что существенно упростило схему машины. Устройство управления тоже имеет свои регистры, оно может считывать команды из памяти на специальный регистр команд(RK), на котором всегда хранитсятекущаявыполняемая команда. Регистр УУ с именемRAназываетсясчётчиком адреса, при выполнении текущей команды в него записывается адресследующейкоманды (первую букву в сокращении слова регистр будем записывать латинской буквойR). Рассмотрим, например, операцию сложения двух чисел z:=x+y(здесьx,yиz– адреса ячеек памяти, в которых хранятся, соответственно, операнды и результат сложения). При получении такой команды УУ последовательно посылает управляющие сигналы в АЛУ, предписывая ему сначала считать операндыxиyиз памяти и поместить их на регистрыR1иR2. Затем по следующему управляющему сигналу АЛУ производит операцию сложения чисел на регистрахR1иR2 и записывает результат на регистрS. По следующему управляющему сигналу АЛУ пересылает копию регистраSв ячейку памяти с адресомz. Ниже приведена иллюстрация описанного примера на языке Паскаль, гдеR1,R2иS– регистры АЛУ, ПАМ – массив, условно обозначающий память ЭВМ, а– операция (в нашем случае это сложение, т.е.= +). R1:=ПАМ[x]; R2:=ПАМ[y]; S:=R1R2; ПАМ[z]:=S; В дальнейшем конструкция ПАМ[А]для краткости будет обозначаться как, тогда наш пример перепишется так: R1:=; R2:=; S:=R1R2; :=S; Опишем теперь более формально шаги выполнения одной команды в машине фон Неймана: RK:=; считать из памяти очередную команду на регистр команд; RA:=RA+1; увеличить счётчик адреса на единицу; Выполнить очередную команду. Затем выполняется следующая команда и т.д. Итак, если машинное слово попадает на регистр команд, то оно интерпретируется УУ как команда, а если слово попадает в АЛУ, то оно по определению считается числом. Это позволяет, например, складывать команды программы как числа, либо выполнить некоторое число как команду. Разумеется, обычно такая ситуация является семантической ошибкой, если только специально не предусмотрена программистом для каких-то целей (мы иногда будем оперировать с командами, как с числами, в нашей учебной машине). Современные ЭВМ в той или иной степени нарушают все принципы фон Неймана. Например, существуют компьютеры, которые различают команды и данные. В них каждая ячейка памяти кроме собственно машинного слова содержит ещё специальный признак, называемый тэгом, который и определяет, чем является машинное слово. В этой архитектуре при попытке выполнить число как команду, либо складывать команды как числа, будет зафиксирована ошибка. Так нарушается принцип неразличимости команд и чисел. Практически все современные ЭВМ нарушают принцип однородности и линейности памяти. Память может быть, например, двумерной, когда адрес ячейки задаётся не одним, а двумя числами, либо ячейки памяти могут вообще не иметь адресов (такая память называется ассоциативной) и т.д. Достаточно мощные компьютеры нарушают и принцип последовательного выполнения команд: они одновременно могут выполнять несколько команд как из одной программы, так, иногда, и из разных программ (такие компьютеры могут иметь несколько центральных процессоров, а также быть так называемыми конвейерными ЭВМ, их мы рассмотрим в конце нашего курса). Особо следует отметить, что в архитектуре машины фон Неймана реализованы и другие принципы, которые самим фон Нейманом явно не формулировались, так как считались самоочевидными. Так, например, предполагается, что во время выполнения программы не меняется число узлов компьютера и взаимосвязи между ними. В то же время сейчас существуют ЭВМ, которые нарушают и этот принцип. Во время работы одни устройства могут, как говорят, отбраковываться (например, отключаться для ремонта), другие – автоматически подключаться, появляются новые связи между элементами ЭВМ (например, в так называемых транспьютерах) и т.д. На этом мы закончим краткое описание машины фон Неймана и принципов её работы. И в заключение этого раздела мы совсем немного рассмотрим архитектуру ЭВМ на уровне инженера-конструктора. Это будет сделано исключительно для того, чтобы снять тот покров таинственности с работы центрального процессора, который есть сейчас у некоторых студентов: как же машины может выполнять различные операции, неужели она такая умная? Аппаратура современных ЭВМ состоит из некоторых элементарных конструктивных элементов, называемых вентилями.Каждый вентиль реализует одну из логических операций, у него есть один или двавходаи одинвыход. На входах и выходе могут быть электрические сигналы двух видов: низкое напряжения (трактуется как ноль или логическое значениеfalse) и высокое (ему соответствует единица или логическое значениеtrue). Основные вентили следующие.

1. Отрицание, этот вентиль имеет один вход и один выход, если на входе значениеtrue, то на выходе значениеfalseи наоборот. Будем изображать этот вентиль так:

1. Дизъюнкцияили логическое сложение, реализует хорошо известную Вам операцию Паскаляor, будем изображать его как
2. И, наконец, конъюнкцияили логическое умножение, изображаемое как

Каждый вентиль срабатывает (т.е. преобразует входные сигналы в выходные) не непрерывно, а только тогда, когда на вентиль по специальному управляющему проводу приходит так называемый тактовый импульс. Заметим, что по этому принципу работают ЭВМ, которые называютсядискретными, в отличие отаналоговыхкомпьютеров, схемы в которых работают непрерывно. Подавляющее число современных ЭВМ являются дискретными, только их мы и будем изучать. Более подробно об этом можно прочесть в книгах [1,3]. Из вентилей строятся так называемые интегральные схемы– это набор вентилей, соединённых проводами и такими радиотехническими элементами, как сопротивления, конденсаторы и индуктивности. Каждая интегральная схема тоже имеет свои входы и выходы и реализует какую-нибудь функцию узла компьютера. В специальной литературе интегральные схемы, которые содержат порядка 1000 вентилей, называются малыми интегральными схемами (МИС), порядка 10000 вентилей – средними (СИС), порядка 100000 – большими (БИС) и более 100000 вентилей – сверхбольшими интегральными схемами (СБИС). Большинство современных интегральных схем собираются на одной небольшой прямоугольной пластинке полупроводника с размерами порядка сантиметра. Под микроскопом такая пластинка СБИС похожа на план большого города. Интегральная схема имеет от нескольких десятков до нескольких сотен внешних контактов. Для того, чтобы реализовать простые электронные часы, необходимо порядка 1000 вентилей, из 10000 вентилей уже можно собрать простейший центральный процессор, а современные мощные ЭВМ состоят из миллионов вентилей. В качестве примера рассмотрим интегральную схему, которая реализует функцию сложение двух одноразрядных двоичных чисел. Входными данными этой схемы являются значения переменных xиy, а результатом – их сумма, которая, в общем случае, является двухразрядным числом (обозначим разряды этого числа какaиb), формирующиеся как результат сложенияx+y. Запишем таблицу истинности для этой функции от двух переменных:

x	y	b	a
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	0	1
1	1	1	0

Легко вычислить, что величины aиbбудут определяться формулами: а = x<>y =(x or y) and not(x and y) b = x and y Реализуем нашу интегральную схему как набор вентилей, связанных проводниками (рис. 2.2. а). Наша интегральная схема (см. рис. 2.2 б) будет иметь не менее 7-ми внешних контактов: входныеxиy, выходныеаиb, один контакт для подачи тактовых импульсов, два контакта для подачи электрического питания (ясно, что без энергии ничего работать не будет) и, возможно, другие контакты. Суммирование чисел xиy в приведенной выше схеме осуществляется после прихода трёх тактовых импульсов (как говорят, за три такта). Современные компьютеры обычно реализуют более сложные схемы суммирования, срабатывающие за один такт. Скорость работы интегральной схемы зависит от частоты прихода тактовых импульсов, называемой тактовой частотой. У современных ЭВМ тактовые импульсы приходят на схемы основнойпамятис частотой примерно в сто миллионов раз в секунду, а на схемы центрального процессора – ещё примерно в 10 раз чаще.

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Значение словосочетания «устройство управления»

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: платье реглан — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

Нейтральное
Положительное
Отрицательное

Ассоциации к слову «устройство&raquo

Ассоциации к слову «управление&raquo

Синонимы к словосочетанию «устройство управления&raquo

Предложения со словосочетанием «устройство управления&raquo

• Устройство управления считывает из памяти первой ячейки первую команду и занимается организацией её выполнения с помощью арифметико-логического устройства.

Цитаты из русской классики со словосочетанием «устройство управления»

• И мы, правительственные люди, противодействующие этому обеднению мудрым управлением , и мы, капиталисты, противодействующие этому распространением полезных изобретений, мы, духовенство, — религиозным обучением, а мы, либералы, — устройством союзов рабочих, увеличением и распространением образования, этим путем, не изменяя своего положения, увеличиваем благосостояние народа.

Сочетаемость слова «устройство&raquo

• государственное устройство
  взрывное устройство
  переговорное устройство
• устройство мира
  устройство связи
  устройство общества
• работа устройства
  кнопка переговорного устройства
  форма государственного устройства
• устройство работает
  устройство сработало
  устройство ожило
• включить устройство
  иметь устройство
  разобраться в устройстве
• (полная таблица сочетаемости)

Сочетаемость слова «управление&raquo

• государственное управление
  дистанционное управление
  полицейское управление
• управление государством
  управление персоналом
  управление страной
• система управления
  пульт управления
  начальник управления
• управление передаётся
• не справиться с управлением
  потерять управление
  взять на себя управление
• (полная таблица сочетаемости)

Каким бывает «устройство управления»

Понятия со словосочетанием «устройство управления»

Управля́ющий автома́т, устро́йство управле́ния проце́ссором (УУ) — блок, устройство, компонент аппаратного обеспечения компьютеров. Представляет собой конечный дискретный автомат. Структурно устройство управления состоит из: дешифратора команд (операций), регистра команд, узла формирования (вычисления) текущего исполнительного адреса, счётчика команд.

Афоризмы русских писателей со словом «устройство&raquo

• …тот, кто хочет отделаться от религии своего народа, от народного единодушия и единомыслия в своем государственном устройстве, — тот неизмеримо дальше уходит от него, нежели те, которые учатся говорить на иностранных языках и следуют своим вкусам, своим привычкам…

Отправить комментарий

Дополнительно

• Как правильно пишется слово «устройство»
• Как правильно пишется слово «управление»
• Разбор по составу слова «устройство» (морфемный разбор)
• Разбор по составу слова «управление» (морфемный разбор)
• Перевод словосочетания «устройство управления» и примеры предложений (английский язык)
• «Control devices&raquo in a sentence at WordTools.ai (английский язык)

Смотрите также

Предложения со словосочетанием «устройство управления&raquo

• Устройство управления считывает из памяти первой ячейки первую команду и занимается организацией её выполнения с помощью арифметико-логического устройства.
• Выполненные команды устройство управления выводит на устройства ввода-вывода и переводит компьютер в режим ожидания новой программы.
• Устройство управления воздействует на объект управления по программе, находящейся в задающем устройстве.
• (все предложения)

Синонимы к словосочетанию «устройство управления&raquo

• исполнительное устройство
• периферийное устройство
• устройства ввода
• управляющее устройство
• различные устройства
• (ещё синонимы. )

Ассоциации к слову «устройство&raquo

Ассоциации к слову «управление&raquo

Сочетаемость слова «устройство&raquo

• государственное устройство
• устройство мира
• работа устройства
• устройство работает
• включить устройство
• (полная таблица сочетаемости. )

Сочетаемость слова «управление&raquo

• государственное управление
• управление государством
• система управления
• управление передаётся
• не справиться с управлением
• (полная таблица сочетаемости. )

Каким бывает «устройство управления»

Морфология

• Разбор по составу слова «устройство»
• Разбор по составу слова «управление»

Правописание

• Как правильно пишется слово «устройство»
• Как правильно пишется слово «управление»

Карта слов и выражений русского языка

Онлайн-тезаурус с возможностью поиска ассоциаций, синонимов, контекстных связей и примеров предложений к словам и выражениям русского языка.

Справочная информация по склонению имён существительных и прилагательных, спряжению глаголов, а также морфемному строению слов.

Сайт оснащён мощной системой поиска с поддержкой русской морфологии.