Микропрограммные автоматы
Микропрограммные автоматы
У фон-неймановских процессоров команды исполняются последовательно, в соответствии с порядком размещения в памяти, и только команды условных и безусловных переходов нарушают этот порядок. "Младшие родственники" фон-неймановских процессоров, микропрограммные автоматы, часто имеют более мощное средство управления последовательностью исполнения: каждая команда автомата имеет битовое поле, содержащее номер следующей по порядку исполнения команды и, таким образом, одновременно является и функциональной командой, и командой безусловного перехода. Методы реализации условных переходов в устройствах такого типа отличаются большим разнообразием.
Такая структура команды облегчает размещение программы в памяти (логически последовательные команды могут быть размещены в любых свободных участках), но приводит к значительному увеличению длины команды — и потому применима лишь в устройствах с очень небольшой длиной адреса команды, т. е. с маленькой программной памятью. Микропрограммные автоматы обычно компенсируют это ограничение сложной структурой каждой отдельной команды — длина таких команд достигает нескольких сотен битов и, в действительности, они содержат по отдельной команде для каждой из функциональных подсистем автомата. Но все равно, сложность программ для таких устройств невелика по сравнению с программами для фон-неймановских процессоров общего назначения, и их часто называют не программами, а микрокодом.
Программируемые логические матрицы (ПЛМ), микропрограммные автоматы и фон-неймановские процессоры представляют собой непрерывный спектр устройств возрастающей сложности — причем далеко не всегда можно с уверенностью отнести конкретное устройство к одной из перечисленных категорий. Простая ПЛМ не может сохранять предыдущее состояние и способна только преобразовывать текущие состояния своих входов в состояния своих выходов. Замкнув некоторые из выходов ПЛМ на некоторые из ее входов через простое запоминающее устройство (регистр) мы получаем более сложное устройство, обладающее памятью. Простые микропрограммные автоматы реализуются на основе ПЛМ и нескольких регистров. Более сложные автоматы содержат много регистров и специализированные функциональные устройства, такие, как счетчики и сумматоры.
Типичный современный фон-неймановский процессор общего назначения, такой, как Pentium VI, представляет собой сложный микропрограммный автомат, микрокод которого интерпретирует коды команд х86.
С помощью процессора, не имеющего команд перехода, нельзя реализовать алгоритм, который имел бы циклы или условные операторы. Следовательно, такой "процессор" пригоден лишь для осуществления вычислений по фиксированной формуле или генерации фиксированных последовательностей сигналов. В наше время такие функции обычно реализуются при помощи программируемых логических матриц.
