Структура микропроцессора

Микропроцессоры. Классификация. Характеристики.

МП рассчитан на совместную работу с запоминающими устройствами и устройствами ввода-вывода информации. В зависимости от функциональных возможностей МП делят на универсальные и специализированные.

Универсальный МП служит основой микро-ЭВМ, используется для решения широкого круга задач в системах управления, измерительных приборах, диагностических устройствах и т. п.

Специализированный МП рассчитан на узкое применение, решение конкретной задачи и оптимизирован по определенному параметру.

Микропроцессорный комплект или набор — это совокупность специально разработанных отдельных микропроцессорных и других интегральных схем, которые совместимы по своим конструктивно-технологическим данным: могут быть собраны в единое целое. Они предназначены для совместной работы в микро-ЭВМ, микропроцессорных системах, микроконтроллерах и т.п. Обычно в комплект входят БИС микропроцессора, запоминающих устройств, ввода-вывода информации, микропрограммного управления и др.

Микропроцессорная система — это собранная в единое целое совокупность взаимодействующих БИС микропроцессорного комплекта — модулей (иногда дополненная БИС из других комплектов), организованных в работающую систему, т. е. вычислительная или управляющая система с микропроцессором в качестве узла обработки информации. Система, в которой используются два или более микропроцессоров, называется мультимикропроцессорной системой.

Характеристики МП:

-вид микропроцессора (универсальный или специализированный, однокристальный или многокристальный);

-технология изготовления: р-канальная МОП (р-МОП), n-канальная МОП (n-МОП), комплементарная МОП (КМОП), кремний на сапфире, биполярная ТТЛ, ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛДШ), инжекционной интегральной логики (И²Л), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) (информация о технологии изготовления дает представление о потреблении энергии и среднем быстродействии микропроцессора);

-разрядность (4; 8; 16; 32) —длина информационного слова, которое может быть одновременно обработано микропроцессором (она может быть фиксированной или наращиваемой);

-принцип управления: программное управление с «жесткой логикой», микропрограммное управление (хранимая в памяти логика);

-емкость адресуемой памяти характеризует возможности микропроцессора по взаимодействию с запоминающим устройством;

-быстродействие, характеризуется продолжительностью выполнения одной операции (или числом операций в секунду), а также тактовой частотой продолжительностью цикла простой команды;

-потребляемая мощность;

-питающие напряжения (число уровней, номиналы);

-конструктивные данные: габаритные размеры корпуса, число выводов;

-условия эксплуатации (интервал рабочих температур, относительная влажность воздуха, допускаемые вибрационные нагрузки и т. п.);

-надежность;

-стоимость.

Рассмотрим структуру однокристального универсального микропроцессора, причем для определенности выберем восьмиразрядный прибор. В состав микропроцессора входят арифметическо-логическое устройство, управляющее устройство и блок внутренних регистров.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ), служащее ядром микропроцессора, как правило, состоит из двоичного сумматора со схемами ускоренного переноса, сдвигающего регистра и регистров для временного хранения операндов. Это устройство выполняет по командам несколько простейших операций: сложение, вычитание, сдвиг, пересылку, логическое сложение (ИЛИ), логическое умножение (И).

Регистром называется электронная схема для временного хранения двоичной информации. Ее строят на триггерах, общее число которых определяет разрядность регистра. Каждый триггер регистра используется для ввода, хранения и вывода одного разряда (1 или 0) двоичного числа. Разрядность регистра выбирают соответственно длине хранимого в нем слова. Регистры, служащие только для ввода, хранения и вывода двоичной информации, - накопительными. Устройство управления (УУ) «руководит» работой АЛУ и внутренних регистров в процессе выполнения команды. Согласно коду операции, содержащемуся в команде, оно формирует внутренние сигналы управления блоками микропроцессора. По сигналам УУ осуществляется выборка каждой новой, очередной команды.

Блок внутренних регистров, расширяющий возможности АЛУ, служит внутренней памятью микропроцессора и используется для временного хранения данных и команд. Он также выполняет некоторые процедуры обработки информации. Обычно этот блок содержит регистры общего назначения и специальные регистры: регистр-аккумулятор, буферный регистр адреса, буферный регистр данных, счетчик команд, регистр команд, регистры стека, регистр признаков. Кратко охарактеризуем функции всех регистров.

Регистры общего назначения (РОН), число от 4 до 64, в значительной мере определяют вычислительные возможности микропроцессора, функция—хранение подлежащих обработке данных.

Регистр-аккумулятор, предназначен для временного хранения операнда или промежуточного результата арифметических и логических операций, производимых АЛУ.

Буферный регистр адреса — специальный регистр, служащий для приема и хранения адресной части исполняемой команды.

Буферный регистр данных служит для временного хранения выбранного из памяти слова перед выдачей его на внешнюю шину данных.

Счетчик команд — счетчик, содержащий адрес ячейки памяти, в которой помещены байты выполняемой команды.

Регистр команд принимает и хранит код очередной команды, адрес которой находится в счетчике команд. По сигналу УУ в него передается из регистра хранимая там информация.

Дата добавления: 2015-06-04