Kaj so mikroprocesorji, danes vsi vedo. To je ena najzanimivejših tehnoloških inovacij v elektroniki od nastanka tranzistorja leta 1948. Čudežni pripomočki niso le sprožili revolucijo na področju digitalne elektronike, temveč so prodrli v skoraj vsa področja človeškega življenja. Uporabljajo se v kompleksnih krmilnih krmilnikih, opremi za nadzor pošiljanja, v preprostih igralnih avtomatih in celo v igračah.

Kaj so mikroprocesorji?

Računalnik, velik in ne zelo funkcionalno (v poenostavljeni obliki), je lahko predstavljen kot diagram poteka, sestavljen iz treh glavnih delov:

centralne procesne enote (CPU), ki izvaja potrebno logiko in aritmetično operacije, z uporabo registrov (mikroprocesorski pomnilnik) in nadzoruje sinhronizacijo in sodelovanje celotnega sistema.

V /I-naprave, ki služijo za zagotavljanje podatkov CPU-ju (to so stikala, analogno-digitalni pretvorniki, bralniki pomnilniških kartic, tipkovnice, trdi diski itd.) In izhod rezultate izračunov (LED, zasloni, digitalno-analogni pretvorniki, tiskalniki, risalniki, komunikacijske linije itd.). Tako I /O podsistem omogoča računalniku, da komunicira z zunanjim svetom. Takšne naprave se imenujejo tudi periferne naprave.

Pomnilnik, v katerem so shranjeni ukazi (program) in podatki. Običajno je sestavljen iz RAM-a (pomnilnik z naključnim dostopom) in ROM-a (trajnega, namenjenega samo zabranje)

Mikroprocesor je integrirano vezje, ki je zasnovano tako, da deluje kot CPU mikroračunala.

Načelo delovanja

Namen mikroprocesorja je branje vsakega pomnilniškega ukaza, njegovega dekodiranja in izvedbe. Procesor obdeluje podatke v skladu s programskimi navodili v obliki logičnih in aritmetičnih operacij. Informacije se pridobivajo iz pomnilnika ali prihajajo iz vhodne naprave, rezultat obdelave pa se shrani v pomnilnik ali dostavi ustrezni izhodni napravi, kot je določeno v ukazih. To so mikroprocesorji. Za izvajanje teh funkcij imajo različne funkcionalne bloke. Takšna notranja ali organizacijska struktura CPU, ki določa njeno delo, se imenuje njena arhitektura.

Na spodnji sliki je prikazana značilna vezna shema mikroprocesorske naprave.

Pnevmatike

Mikroračunalnik deluje z binarno kodo. Binarne informacije so binarne številke, ki se imenujejo bit. Skupina bitov tvori strojno besedo (njihovo število je odvisno od posamezne izvedbe). Skupne besede velikosti so 4812 1632 in 64 bit. Bajt in polbajt predstavljata niz 8 in 4 bitov. Pnevmatike povezujejo različne enote naprave in jim omogočajo izmenjavo besed v stroju. Izdelani so kot ločena žica za vsak bit, kar vam omogoča izmenjavo vseh številk strojne besede naenkrat. Podatki o obdelavi v CPU se pojavljajo tudi vzporedno. Tako se lahko pnevmatike štejejo za prenosne. Njihova širina je določena s številom komponent njihove signalizacijevrstice Z naslovom vodila CPU posreduje naslov V /I naprave ali pomnilniške celice, do katere želi dostop. Ta naslov sprejmejo vse naprave, povezane s procesorjem. Vendar se na to odziva samo oseba, na katero je bila naslovljena zahteva. Podatkovna enota služi za pošiljanje in sprejemanje informacij iz vhodno /izhodnih naprav in pomnilnika, vključno z ukazi. Očitno je dvosmerna in naslov je enosmerna. Kontrolna vodila se uporabljajo za prenos in sprejem krmilnih signalov med mikroprocesorjem in različnimi elementi sistema.

Aritmetična logična naprava in notranji registri

je kombinirano omrežje, ki izvaja vse logične in aritmetične operacije nad podatki. Mikroprocesor običajno vključuje številne registre. Uporabljajo se za začasno shranjevanje ukazov, podatkov in naslovov med izvajanjem programa. Na primer, v mikroprocesorju Intel 8085 ima 8-bitni akumulator (Acc), 6 8-bitnih splošnih registrov (B, C, D, E, H in L), 8-mestni ukazni register (IR), ki shranjuje naslednje: navodilo, 16-bitni programski števec naslova naslednjega ukaza, ki se izbere iz pomnilnika v IR, 16-bitnem stack kazalcu, zastavnem registru, ki signalizira izpolnjevanje določenih pogojev, ki nastanejo med izvajanjem logičnih in aritmetičnih operacij, in nekateri drugi posebni registri za notranje procese, do katerih v programerju ni dostopa.

Dekoder, krmilna enota in pomnilnik

Vsak ukaz dešifrira in upravlja zunanji innotranjih blokov, ki zagotavljajo pravilno logiko sistema. Naprave za shranjevanje polprevodnikov so potrebne za shranjevanje ukazov, podatkov in rezultatov računanja. Program se shrani v pomnilnik, ki je povezan z mikroprocesorjem prek naslovne vodila in podatkovnega vodila ter krmiljenja (kot so V /I naprave).

Vmesnik

Če je treba eno ali več naprav V /I priključiti na CPE, potem je potreben ustrezen vmesnik. Opravlja naslednje 4 funkcije:

blaženje, potrebno za zagotovitev združljivosti mikroprocesorja in periferije;

dekodiranje naslova za izbiro enega od več I /O naprav, priključenih na sistem;

dekodirni ukazi, ki so potrebni za izvajanje funkcij, ki niso prenos podatkov;

sinhronizacija in upravljanje vseh zgoraj navedenih funkcij.

Posredovanje informacij

Izmenjava podatkov med periferno napravo in mikroračunalnikom se nanaša na programski prenos ali neposredni dostop do pomnilnika. V prvem primeru naloženi program zahteva, da I /O sistem prenaša podatke iz mikroprocesorja ali na njega. Informacije praviloma vstopajo v baterijo, čeprav lahko sodelujejo tudi drugi notranji registri. Programiranje se običajno uporablja pri pošiljanju majhnih količin podatkov na počasne vhodno /izhodne naprave, kot so periferni množitelji, periferne ALU itd. V takih primerih je prenos običajnoz besedami.

Neposreden dostop do ciklov pomnilnika ali zajemanja je pod nadzorom periferne naprave. Poleg tega I /O sistem prisilno odloži robota mikroprocesorja, dokler se prenos ne zaključi. Ker je proces nadzorovan s strojno opremo, je vmesnik bolj zapleten, kot je potrebno za programski prenos podatkov. Uporablja se, kadar je to potrebno za pošiljanje velikega bloka informacij, na primer iz perifernega pomnilnika, kot je prilagodljiv čitalnik kartic z visoko hitrostjo.

Vmesniške naprave

Za razvoj uporabniških vmesnikov je na voljo velika strojna oprema. Vključuje multiplekserje in demultipleksorje, linearne gonilnike in sprejemnike, odbojnike, stabilne in monostabilne multivibratorje, sprožilne ključavnice, zaporne kroge, register premikov itd. Ti vmesniki so lahko splošni ali posebni.

Programski jeziki

Ker lahko računalnik shranjuje in obdeluje binarne informacije, morajo biti ukazi za oddajo v stroj predstavljeni v binarni obliki. V tej obliki je program v strojnem jeziku. V sestavnem jeziku so ukazi, vključno z lokacijami za shranjevanje, predstavljeni z alfanumeričnimi znaki, imenovanimi mnemoniki. V primerjavi s strojnim jezikom je zaradi njihove uporabe veliko lažje pisati programe. Če je program napisan v takem mnemoničnem jeziku, ga je treba prevesti v navodilo,stroj razumljiv, tako da jih je mogoče shraniti in izvesti z mikroračunalnikom. V bistvu se en ukaz za montažo oddaja z enim ukazom strojnega jezika. Pisanje aplikacij na monterju je zelo naporno in traja veliko časa. Zato so jeziki na visoki ravni, kot so Fortran, Cobol, Algol, Pascal, postali široko razširjeni, kar lahko nato prevedemo v strojni jezik. V tem primeru en upravljavec običajno izpolnjuje več navodil strojnega jezika.

Ukazi za mikroračunalnike

Glavne značilnosti mikroprocesorja so določene tudi z nizom navodil. Ponavadi je sestavljen iz 5 skupin:

Skupina za prenos podatkov. Ti ukazi pomagajo premakniti informacije med registri znotraj mikroprocesorja, med pomnilnikom in registriranimi ali spominskimi celicami.

Aritmetična skupina omogoča sestavljanje, odštevanje, povečevanje ali zmanjševanje podatkov v pomnilniku ali registrih (na primer zbiranje vsebine dveh registrov CPE).

Logična skupina se uporablja za operacije I, OR, razen OR, primerjavo, ciklični premik, dodajanje podatkov v pomnilnik ali registre (na primer za preskok prek vezja ALI vsebine dveh registrov mikroprocesorjev).

Razvejana skupina vključuje brezpogojne in pogojne prehode, klicne podprograme in vrnitve iz njih. Pogojna navodila so namenjena zagotavljanju, da se določena operacija izvede samo, če je izpolnjen določen pogoj (na primer, če želite iti do določenega ukaza, ko je rezultat zadnjega izračuna nič). Omogočajo, da program sam sprejmerešitev

Skupina skladov, V /I in mikroprocesorsko krmiljenje generira prenos podatkov med CPU in periferijo, manipulira sklad in spremeni zastavice notranje kontrole. Ti ukazi omogočajo programerju, da ustavi napravo, jo spremeni v stanje brez delovanja, omogoči in onemogoči prekinitveni sistem, itd.

Navodila, shranjena skupaj s podatki v pomnilniku, so lahko dolga 1 ali več bajtov. Dolgi ukazi so shranjeni v zaporednih pomnilniških celicah, naslov prvega bajta pa se vedno uporablja kot naslov celotnega ukaza. Poleg tega je prvi bajt vedno koda transakcije.

Kronologija razvoja

Dejstvo, da so se takšni mikroprocesorji, po vsem svetu, naučili leta 1971, ko je ameriška korporacija Intel prvič napovedala Intel 4004. Izvedena je bila na enem kristalu in bila 4-bitna (tj. Delala sočasno z 4 bitov podatkov). Navdihnjen z uspehom 4004, je Intel predstavil nadgrajeno različico Intel 4040. Številna druga podjetja so napovedala tudi 4-bitne mikroprocesorje. Na primer, Rockwell International PPS4 NEC? COM 4 in Toshiba T3472. Prvo 8-bitno CPU je leta 1973 uvedla ista družba. To je bil Intel 8008, ki mu je sledila izboljšana različica 8030. Nekaj ​​drugih proizvajalcev je sledilo temu zgledu. Najbolj znani 8-bitni mikroprocesorji so Intel 8085 Motorola M6800 NEC? COM85AF, National * SC /MP, Zilog Z80 in Fairchild F8. Nato je bilo 12- in 16-bitnih procesorjev. Primeri prvih so IM 6100 Intersil in Toshiba T3190, drugi pa Intel 8086 Texas Instruments TMS 9940 in 9980 Fairchild 9440 Motorola M68000 Zilog Z670. Spremembe v značilnostih mikroprocesorja od leta 1971 so bile namenjene izboljšanju arhitekture,niz ukazov, povečanje hitrosti, poenostavitev zahtev po moči in povečanje obsega pomnilnika in sredstev vhodnega-izhodnega v enem čipu. Prve vrste mikroprocesorjev (400440408008) so temeljile na tehnologiji PMOS, ki je zaradi omejitev hitrosti odstopila NMOS. Druge tehnologije vključujejo CMOS, TTL, DTL, RTL.