Загальні відомості про мікропроцесори та мікрокомп’ютери

Універсальні комп’ютери поділяються на три функціонально зв’язані апаратні частини: процесор, пам’ять і периферійні пристрої.

Процесор – це основна функціональна частина комп’ютера, яка інтерпретує й виконує команди, тобто безпосередньо реалізує програмно-керований процес обробки даних. Процесор, який виконує в обчислювальній системі основні функції, називають центральним (ЦП). Спеціалізований процесор, призначений для керування зовнішніми пристроями (накопичувачами, дисплеями, принтерами та ін.) називають контролером.

Процесор характеризується архітектурою, до якої відносять:

1. список арифметико-логічних операцій (система команд);

2. типи і формати команд і даних;

3. організацію адресного простору пам’яті і периферійних пристроїв;

4. способи адресації команд і даних;

5. функції складових частин і структуру зв’язків з іншими пристроями машин та режими роботи.

Процесор складається з пристрою керування, арифметико-логічного пристрою та блоку інтерфейсу (БІФ) для з’єднання із зовнішнім середовищем – пам’яттю, периферійними пристроями (див. рис. 1).

Рис. 1 – Структура процесора

Обробка даних здійснюється в АЛП, який містить арифметико-логічний блок (АЛБ), блок регістра загального призначення (РЗП), блок контролю (БК) і блок місцевого керування (БМК) при децентралізованому керуванні.

Арифметико-логічний блок має універсальний двійковий комбінаційний суматор, двійково-десятковий суматор або схему десяткової корекції, регістри для тимчасового зберігання двох операндів і результату операцій та регістр прапорців. Для підвищення продуктивності в АЛП можуть включати спеціалізовані вузли-зсувачі, помножувачі, схеми прискореного переносу та інші пристрої. Ряд процесорів мають по два АЛП. Розрядність АЛП визначає розрядність всього процесора.

В РЗП зберігаються початкові дані, проміжні та кінцеві результати, адреси даних, константи, які необхідні в процесі виконання команди. Всі операції в АЛП реалізуються як просторово-часові послідовності мікрооперацій над двійковими словами, кожна з яких є сукупністю булевих операцій над бітами слів.

В АЛП реалізуються такі типові мікрооперації:

1. передачі слів між регістрами та регістрами і пам’яттю;

2. додавання двох слів, декремент (мінус 1) або інкремент (плюс 1) слова;

3. арифметичні, логічні та циклічні зсуви вправо чи вліво;

4. порозрядні логічні операції АБО, І, виключне АБО та порівняння операндів;

5. перетворення кодів слів – інверсія, доповнення, розширення та ін.

Пристрій керування ПК керує процесом оброблення даних, забезпечує основні режими роботи (початкових установлень, очікування, переривання, прямого доступу до пам’яті, діагностики і контролю) та взаємодію всіх пристроїв комп’ютера. Для виконання цих функцій ПК має в своєму складі регістр і дешифратор команд, програмний лічильник для задання адреси наступної команди, блок керування та схеми синхронізації, діагностики й контролю.

До складу процесора можуть входити спеціальні системні засоби (служба часу, засоби міжпроцесорного зв’язку, пульт керування та ін.).

Пристрій керування послідовно зчитує код команди з пам’яті і розміщує його в регістр команд (інструкцій). Блок керування дешифрує команду і формує послідовності керуючих сигналів. Для виконання однієї мікрооперації в АЛП необхідний один керуючий сигнал. В одному машинному такті реалізується сукупність мікрооперацій – мікрокоманда. Множина мікрокоманд створює мікропрограму команди. Кожна команда має свою мікропрограму, час виконання якої називається командним циклом.

Розрізняють апаратні, мікропрограмні та комбіновані блоки керування. Апаратні блоки керування побудовані на основі схемної логіки, а мікропрограмні – програмовної логіки (мають пам’ять мікропрограм). Комбіновані блоки керування використовують обидва способи їхньої реалізації.

При централізованому керуванні один ПК керує процесом оброблення команд і даних у всій машині. При децентралізованому керуванні ПК формує основні керуючі сигнали, а опрацюванням даних керує місцевий блок керування, розміщений в АЛП.

Зазначимо, що всі команди в комп’ютері реалізуються на основі принципу мікропрограмного керування, тобто виконання мікропрограм. В той же час ПК з програмовною логікою також називають мікропрограмними. Методологічно ці поняття слід розрізняти.

Дата добавления: 2014-01-20