Цифровое оборудование

Простейший процессор

Хитрый прибор из простых деталей

Если оставить пока в стороне обработку данных, и рассмотреть только организацию последовательного исполнения чего-нибудь, не важно чего, можно начать с рассмотрения примитивного устройства. Но примитивным это устройство может показаться только на первый взгляд. Не смотря на то, что это устройство состоит всего из трех деталей, в нем заложены довольно интересные возможности для программирования и программного управления другими устройствами. Рассмотрим вот такую схему:

Из чего это состоит?

Справа внизу мы видим постоянную память, в которой записана какая-то информация. Это ПЗУ хранит 4096 16-разрядных слов. Правее мы видим регистр, в который могут быть записаны младшие семь разрядов слова данных, считанные из постоянной памяти. В самый старший разряд регистра может быть записано логическое значение выхода мультиплексора, расположенного вверху. Данные, находящиеся в регистре, используются в качестве младшей части адреса постоянной памяти.

Другая группа разрядов слова данных, хранящегося в ПЗУ, используется для выбора одного из восьми источников внешних сигналов. Выбранный источник будет записан в старший разряд регистра, и будет использоваться в качестве одного из разрядов адреса памяти.

Как это действует?

Если включить это устройство, установив логический ноль на входы, обозначенные как «выбор программы» и подать импульс сброса, то через короткое время из постоянной памяти будет считано 16-разрядное слово, записанное по нулевому адресу. Допустим, что в этом слове записано значение 0000000000000001. Это означает, что на всех выходах «управление исполнительными устройствами» будет состояние логического нуля. На адресных входах мультиплексора тоже будет логический ноль, а следовательно, будет выбран нулевой вход мультиплексора, на котором всегда установлен ноль. И только на самом младшем входном разряде регистра будет установлена логическая единица.  Если теперь поступит одиночный тактовый импульс, то в регистр запишется значение 00000001, и через короткое время на выходе памяти появится содержимое другого слова данных. Если это слово в младших разрядах содержит 0000010, то произойдет переход на следующий адрес. Таким образом, это устройство может последовательно, слово за словом, извлекать данные из постоянной памяти и интерпретировать их некоторым образом.

Теперь допустим, что в этом слове записано 0000001110000010. Соответственно, после его считывания на управляющих выходах по-прежнему будет 0, а мультиплексор выберет седьмой вход и передаст его на вход регистра. На остальных входах регистра будет значение 0000010. Какое значение будет на седьмом входе мультиплексора, и что он передаст на старший разряд регистра, мы не знаем. Поэтому с приходом следующего тактового импульса в регистр будет записано либо 1000010, если на седьмом входе мультиплексора логическая единица, и 00000010, если на этом входе ноль. Таким образом, очередное слово может извлекаться из памяти не только раз и навсегда заданным способом, но и в зависимости от внешних условий.

Шесть старших разрядов данных, хранящихся в постоянной памяти можно использовать для управления какими-нибудь внешними механизмами, а входы мультиплексора для анализа состояния каких либо датчиков. Последовательностей управляющих слов может быть несколько разных, если использовать входы «выбор программы». 

Таким образом, это устройство обладает одной из основных функций процессора – оно может выполнять последовательность заданных команд, и изменять последовательность их выполнения в зависимости от внешних условий. Тогда формат команды нашего процессора будет следующим:

Заметим, что в нашей схеме, управляющий вход с нулевым номером всегда имеет нулевое значение.