Εισαγωγή στην Καλωδιωμένη Μονάδα Ελέγχου

Είδαμε στην προηγούμενη ενότητα ποια είναι τα κύρια τμήματα από τα οποία αποτελείται ένας σύγχρονος υπολογιστής και ότι ο επεξεργαστής είναι το σημαντικότερο κομμάτι του. Η βέλτιστη ορθή λειτουργία του υπολογιστή σχετίζεται άμεσα με το σχεδιασμό της μονάδας ελέγχου, το πιο πολύπλοκο και πιο κρίσιμο τμήμα του επεξεργαστή. Στη μονάδα αυτή βρίσκονται και τα περισσότερα λάθη, όταν ένας νέος υπολογιστής αποσφαλματοποιείται.
Ένας τύπος μονάδας ελέγχου είναι η καλωδιωμένη μονάδα ελέγχου. Η μονάδα ελέγχου ελέγχει το τι κάνει η δίοδος δεδομένων σε κάθε κύκλο ρολογιού κατά τη διάρκεια εκτέλεσης εντολών. Αυτό καθορίζεται από το αλγοριθμικό διάγραμμα καταστάσεων (ASM). Κάθε κατάσταση αντιστοιχεί σε έναν κύκλο ρολογιού, και οι λειτουργίες που πρέπει να εκτελεστούν κατά τη διάρκεια του κύκλου ρολογιού είναι γραμμένες μέσα στην κατάσταση. Κάθε εντολή χρειάζεται αρκετούς κύκλους για να ολοκληρωθεί.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1

Θυμάστε τι είναι το αλγοριθμικό διάγραμμα καταστάσεων (ASM); Για περισσότερες λεπτομέρειες, θα ήταν καλό να ανατρέξετε στο βιβλίο του M. Morris Mano: "Ψηφιακή σχεδίαση" και συγκεκριμένα στο 8ο κεφάλαιο.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 1

Παράδειγμα

Τα δύο πρώτα βήματα της εκτέλεσης εντολής στον DLX αντιστοιχούνται σε ένα τμήμα ενός αλγοριθμικού διαγράμματος καταστάσεων. Τα δύο πρώτα βήματα αντιστοιχούν σε τρεις καταστάσεις του αλγοριθμικού διαγράμματος καταστάσεων:

• Κατά τη διάρκεια της πρώτης κατάστασης, το περιεχόμενο του απαριθμητή προγράμματος, δηλαδή η διεύθυνση της εντολής που πρόκειται να εκτελεστεί, μεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων μνήμης (MAR), ο οποίος βρίσκεται σε επικοινωνία με τη μνήμη.
• Στη δεύτερη κατάσταση, η εντολή που πρόκειται να εκτελεστεί, ανακαλείται από τη μνήμη και αποθηκεύεται στον καταχωρητή εντολών.
• Κατά τη διάρκεια της τρίτης κατάστασης, γίνεται αποκωδικοποίηση της εντολής, και ταυτόχρονα γίνεται πρόσβαση στο αρχείο καταχωρητών για να διαβαστούν οι πηγαίοι καταχωρητές Rs1 και Rs2, οι οποίοι φορτώνονται στους καταχωρητές Α και Β. Ο απαριθμητής προγράμματος αυξάνεται έτσι ώστε να δείχνει τη διεύθυνση της επόμενης εντολής προς εκτέλεση.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις τρεις αυτές καταστάσεις.

Σχήμα 3.3.1 - Ένα τμήμα του αλγοριθμικού διαγράμματος καταστάσεων, το οποίο περιλαμβάνει τα δύο πρώτα βήματα εκτέλεσης μιας εντολής.