Človeštvo je naredilo veliko pot do ustvarjanja računalnikov, brez katerih ni mogoče predstavljati sodobne družbe z vsemi vidiki svojega življenja na področju industrije, nacionalnega gospodarstva in gospodinjskih aparatov. Toda tudi danes napredek ni vzpostavljen, kar odpira nove oblike informatizacije. V središču tehnološkega razvoja, že nekaj desetletij, je struktura mikroprocesorja (MP), ki se izboljšuje s svojimi funkcionalnimi in strukturnimi parametri.

Koncept mikroprocesorja

Na splošno je koncept mikroprocesorja predstavljen kot programska naprava ali sistem, ki temelji na velikem integriranem vezju (LIS). S pomočjo MP se operacije izvajajo pri obdelavi podatkov ali upravljanju sistema, obdelavi informacij. V zgodnjih fazah razvoja IP so temeljili na ločenih nizko funkcionalnih mikrovezjih, v katerih so bili tranzistorji prisotni v količinah od nekaj sto do sto. Najenostavnejša tipična mikroprocesorska struktura lahko vsebuje skupino mikrovezij s skupnimi električnimi, strukturnimi in električnimi parametri. Takšni sistemi se imenujejo mikroprocesorski komplet. Poleg MP-jev lahko en sam sistem sestavljajo tudi fiksne in operativne naprave za shranjevanje ter krmilniki in vmesniki za povezovanje zunanje opreme - z združljivimi komunikacijami. Zaradi koncepta mikrokontrolerjev je bil dopolnjen mikroprocesorski komplet


Danes se mikroprocesor v kontekstu praktične uporabe vedno bolj obravnava kot ločena naprava. Funkcionalna struktura in princip mikroprocesorja že v fazi načrtovanja vodita uporaba računalniške naprave, ki je zasnovana za izvajanje vrste nalog, povezanih z izvajanjem obdelave in upravljanja informacij. Ključna povezava v procesih organiziranja dela mikroprocesorske naprave je krmilnik, ki služi kontrolni konfiguraciji in načinom interakcije računalniškega jedra sistema z zunanjo opremo. Kot vmesna povezava med krmilnikom in mikroprocesorjem se lahko upošteva integrirani procesor. Njegova funkcionalnost je osredotočena na reševanje pomožnih nalog, ki niso neposredno povezane z imenovanjem glavnega poslanca. To so zlasti omrežne in komunikacijske funkcije, ki zagotavljajo delo mikroprocesorske naprave.


\ t Za utemeljitev osnovnih ravni klasifikacije se običajno razlikujejo trije funkcionalni sistemi - operativni, vmesniški in kontrolni. Vsako od teh delovnih prostorov zagotavlja tudi številne parametre in značilne lastnosti, ki določajo naravo delovanja naprave. Z vidika tipičnegaStruktura klasifikacije mikroprocesorjev bo v prvi vrsti razdelila napravo na večkristalne in enokristalne modele. Za prve je značilno, da lahko njihove delovne enote delujejo samostojno in vnaprej opravljajo določene naloge. In v tem primeru je izrazit MP, v katerem je poudarek na funkciji delovanja. Takšni procesorji se osredotočajo na obdelavo podatkov. V tej isti skupini so lahko npr. Trikristalni mikroprocesorji upravljalci in spredaj. To ne pomeni, da ni operativne funkcije, vendar je za optimizacijo večine komunikacijskih in energetskih virov dodeljena naloga generiranja mikroračunalnikov ali interoperabilnosti s perifernimi sistemi.
Pri MPC z enim čipom so razvite s fiksnim nizom ukazov in kompaktno postavitvijo vse strojne opreme na eno jedro. Z vidika funkcionalnosti je struktura mikroprocesorja z enim kristalom precej omejena, čeprav bolj zanesljiva kot segmentne konfiguracije večkristalnih analogov. Druga pomembna klasifikacija se nanaša na zmogljivost vmesnika mikroprocesorjev. Govorimo o načinih obdelave vhodnih signalov, ki se danes še naprej delijo na digitalne in analogne. Čeprav so procesorji sami digitalne naprave, v nekaterih primerih sama uporaba analognih tokov upravičuje ceno in zanesljivost. Pri predelavi pa je treba uporabiti posebne pretvornike, ki prispevajo k energetski obremenitvi in ​​konstrukcijipolnost delovnega odra. Analogni MP-ji (običajno enočipni) opravljajo naloge standardnih analognih sistemov - na primer, proizvajajo modulacijo, generirajo nihanje, kodirajo in dekodirajo signal.
Na načelu začasne organizacije delovanja so poslanci razdeljeni na sinhrone in asinhrone. Razlika je v značaju signala pred začetkom nove operacije. Na primer, pri sinhroni napravi taki ukazi zagotavljajo nadzorne module ne glede na izvajanje trenutnih operacij. V primeru asinhronih MP lahko podoben signal uporabimo samodejno po zaključku prejšnje operacije. Če želite to narediti, je v logični strukturi mikroprocesorskega asinhronega tipa zagotovljeno elektronsko vezje, ki zagotavlja delo posameznih komponent v načinu brez povezave, če je to potrebno. Zapletenost izvajanja takšnega načina organiziranja dela MP je posledica dejstva, da v času dokončanja ene operacije ni vedno tako, da je dovolj enega ali drugega vira za začetek naslednjega. Pomnilnik CPU-ja se običajno uporablja kot povezava za upravljanje prednostnih nalog pri izbiri nadaljnjih operacij.

Mikroprocesorji za splošne in posebne namene

Glavno področje uporabe splošnih namenskih parlamentov je delovna mesta, osebni računalniki, strežniki in elektronske naprave, namenjene množični uporabi. Njihova funkcionalna infrastruktura se osredotoča na širok spekter nalog, povezanih z obdelavo informacij. Te naprave je razvil SPARC,Intel, Motorola, IBM in drugi.

Specializirani mikroprocesorji, katerih značilnosti in struktura so zgrajeni na osnovi zmogljivih krmilnikov, izvajajo kompleksne postopke za obdelavo in transformacijo digitalnih in analognih signalov. To je precej različen segment, v katerem je predstavljenih na tisoče konfiguracij. Posebnosti strukture MP tega tipa vključujejo uporabo enega kristala kot osnove za centralni procesor, ki pa je lahko povezan z velikim številom perifernih naprav. Med njimi so sredstva za vhod /izhod, bloki s časovniki, vmesniki, analogno-digitalni pretvorniki. Obstaja tudi praksa povezovanja specializiranih naprav, kot so generatorji signalov širine impulzov. Zaradi uporabe notranjega pomnilnika imajo takšni sistemi majhno število pomožnih komponent, ki podpirajo delo mikrokrmilnika.

Značilnosti mikroprocesorjev

Obratovalni parametri določajo obseg nalog naprave in niz komponent, ki se načeloma lahko uporabljajo v določeni mikroprocesorski strukturi. Glavne značilnosti MP so lahko predstavljene na naslednji način:

Frekvenca ure. Določa število osnovnih operacij, ki jih sistem lahko izvede v 1 sekundi. izraženo v MHz. Kljub razlikam v strukturi, različni poslanci opravljajo podobne naloge pretežno, vendar v vsakem primeru zahteva individualni čas, ki je prikazan v številu ciklov. MP je močnejši, več postopkov se lahko izvede v eni časovni enoti.

Gostota Število binarnih diskov, ki jih naprava lahko izvaja istočasno. Dodeli nekaj pnevmatik, podatkovnih hitrosti in notranjih registrov itd.

Prostornina predpomnilnika. Ta spomin je vključen v notranjo strukturo mikroprocesorja in vedno deluje na mejnih frekvencah. V fizični predstavitvi je kristal, ki se nahaja na glavnem čipu MP in povezan z jedrom mikroprocesorskega vodila.

Konfiguracija. V tem primeru gre za organiziranje ukazov in metode naslavljanja. Praktično vrsta konfiguracije lahko pomeni možnost kombiniranja procesov izvajanja več ukazov hkrati, načinov in načel delovanja MP ter prisotnosti perifernih naprav v osnovnem sistemu mikroprocesorja.

Arhitektura mikroprocesorja

Na splošno je IP univerzalni upravljalec informacij, vendar je na nekaterih področjih njegovega delovanja pogosto potrebna posebna konfiguracijska konfiguracija njegove strukture. Arhitektura mikroprocesorjev odraža posebnosti uporabe določenega modela, kar povzroča značilnosti strojne in programske opreme, ki so integrirane v sistem. Natančneje, jezik se lahko nanaša na predvidene upravljalne naprave, programske registre, načine obravnavanja in sklope ukazov.
Pri predstavitvi arhitekture in značilnosti delovanja IP-jev pogosto uporabljajo sheme naprav in interakcije razpoložljivih programskih registrov, ki vsebujejo nadzorne informacije in operande (podatki, ki se obdelujejo). Posledično je v modelu registra skupina servisnih registrov, pa tudi segmenti za shranjevanjeoperandi za splošni namen. Na tej podlagi se določita način izvajanja programov, shema organizacije pomnilnika, način delovanja in značilnosti mikroprocesorja. Splošna MP struktura, na primer, lahko vključuje programski števec, pa tudi registre stanja in nadzor načinov delovanja sistema. Delovni proces ureditve v kontekstu arhitekturne konfiguracije je lahko predstavljen kot model prenosa registra, ki zagotavlja naslavljanje, izbiro operandov in ukazov, rezultate posredovanja, itd. .

Splošne informacije o strukturi mikroprocesorjev

V tem primeru je treba strukturo razumeti ne le kot sestavne dele delovnega sistema, temveč tudi sredstva komunikacije med njimi in naprave, ki zagotavljajo njihovo interakcijo. Kot pri funkcionalni klasifikaciji se lahko vsebina strukture izrazi s tremi opustitvami - operativno vsebino, sredstvi komunikacije z avtobusom in infrastrukturo upravljanja. Naprava deluje del, ki definira naravo dekodirnih ukazov in obdelavo podatkov. Ta kompleks lahko vključuje aritmetično logične funkcionalne bloke, kot tudi upore za začasno shranjevanje informacij, vključno s stanjem mikroprocesorja. V logični strukturi se predpostavlja uporaba 16-bitnih uporov, ki ne opravljajo le logičnih in aritmetičnih postopkov, temveč tudi offset operacije. Delo registrov se lahko organizira na različne načinesheme, ki določajo njihovo razpoložljivost za programerja. Za funkcijo baterijskega paketa je dodeljen ločen register. Naprava za komunikacijo z avtobusom je odgovorna za priključitev na periferno opremo. Obseg njihovih nalog vključuje tudi izvedbo vzorca pomnilniških podatkov in oblikovanje čakalne vrste ukazov. Tipična struktura mikroprocesorja vključuje kazalec na ukaze IP, agregatorje seštevalnikov, segmentne registre in pufre, ki služijo za komuniciranje z naslovi vodila. Krmilna naprava, v zameno, generira kontrolne signale, opravlja dešifriranje ukaza, prav tako pa zagotavlja delovanje računalniškega sistema, kar daje mikroračunalnikom notranje delovanje MP.

Struktura osnove MP

Poenostavljena struktura tega mikroprocesorja zagotavlja dva funkcionalna dela:

Operativna. Ta enota vključuje upravljanje in obdelavo podatkov ter pomnilnik mikroprocesorja. Za razliko od polne konfiguracije, struktura osnovnega mikroprocesorja odpravlja prisotnost segmentnih registrov. Nekateri aktuatorji so združeni v en funkcionalni blok, ki poudarja tudi optimizirano naravo arhitekture.

Vmesnik. V bistvu so sredstva komunikacije z glavno linijo. Ta del vsebuje notranje pomnilniške registre in naslove seštevalnikov.

Načelo multipleksiranja signalov se pogosto uporablja na zunanjih izhodnih kanalih osnovnih MP-jev. To pomeni, da se signali prenašajo preko skupnih kanalov s časovno delitvijo. Poleg tega, odvisno od trenutneoperacijski sistem istega izhoda se lahko uporablja za prenos signalov različnih namenov.

Struktura mikroprocesorskih ukazov

Ta struktura je v veliki meri odvisna od splošne konfiguracije in narave interakcije funkcionalnih blokov poslancev. Vendar pa v fazi načrtovanja sistema, razvijalci leži priložnost, da uporabijo določeno paleto operacij, na podlagi katerih je kasneje oblikovala niz ukazov. Najpogostejše funkcije ukazov vključujejo naslednje:

Prenos podatkov. Ukaz izvaja operacije, ki dodelijo vrednosti operandov vira in sprejemnika. Kot slednji se lahko uporabijo registri ali pomnilniške celice.

Vhodno-izhodni. Preko vmesniških vhodno /izhodnih naprav se prenašajo podatkovna vrata. V skladu s strukturo mikroprocesorja in njegovo interakcijo s periferno strojno opremo in notranjimi bloki so ukazi določeni naslovi vrat.

Pretvarjanje vrst. Določa formate in dimenzijske vrednosti uporabljenih operandov.

Prekinitve. Ta vrsta ukazov je zasnovana za nadzor prekinitev programa - na primer, lahko ustavi funkcijo procesorja v ozadju I /O naprav.

Organizacija ciklov. Ukazi spremenijo vrednost ECX registra, ki se lahko uporablja kot števec pri izvajanju določene programske kode.

Praviloma osnovni ukazi nalagajo omejitve, povezane z zmožnostjo upravljanja določenih količin pomnilnika,hkratno upravljanje registrov in njihove vsebine.

Struktura krmiljenja MP

Nadzorni sistem MP temelji na krmilni enoti, ki je povezana z več funkcionalnimi deli:

Signalni senzor. Določa vrstni red in parametre impulzov, ki jih enakomerno porazdelijo v času na pnevmatikah. Med značilnostmi delovanja senzorjev je število kontaktnih linij in kontrolnih signalov, ki so potrebni za izvajanje operacij.

Vir signalov. Ena od funkcij krmilne enote v strukturi mikroprocesorja je dodeljena za generiranje ali obdelavo signalov - to je njihovo preklapljanje znotraj določenega takta na določenem vodilu.

Dekoder kode transakcij. V tem trenutku izvede dešifriranje kod operacij, ki so prisotne v ukaznem registru. Skupaj z definicijo aktivnega vodila ta postopek pomaga oblikovati zaporedje kontrolnih impulzov.

Pomen nadzorne infrastrukture ima stalno napravo za shranjevanje, ki v svojih celicah vsebuje signale, potrebne za izvajanje postopkov obdelave. Za račun ukazov pri obdelavi impulznih podatkov se lahko uporabi vozlišče za oblikovanje naslova - to je nujna komponenta notranje strukture mikroprocesorja, ki je vključena v vmesniško enoto sistema in omogoča, da se v celoti preberejo podrobnosti pomnilniških registrov z signali.

Sestavni deli mikroprocesorja

Večina funkcionalnih blokov in zunanjih naprav je organiziranih med seboj in s centralnim čipom MP prek notranjega vodila. Lahko rečete, da je to omrežjenapravo, ki zagotavlja celovito komunikacijsko povezavo. Druga stvar je, da lahko pnevmatika vsebuje elemente, ki se razlikujejo po funkcionalnosti, kot so poti za prenos podatkov, linije celic spomina in infrastruktura za snemanje in branje informacij. Naravo interakcije med bloki samega avtobusa določa struktura mikroprocesorja. Naprave, ki so vključene v sestavo MP, poleg pnevmatik vključujejo naslednje:

aritmetično logično napravo. Kot smo že omenili, je ta komponenta zasnovana za izvajanje logičnih in aritmetičnih operacij. Deluje tako numerično kot s simbolnimi podatki.

Krmilna enota. Odgovoren za usklajevanje medsebojnega delovanja različnih delov MP. Predvsem ta blok generira krmilne signale, ki jih v določenih trenutkih časa pošiljajo na različne module strojnih naprav.

Pomnilnik mikroprocesorja. Uporablja se za snemanje, shranjevanje in izdajanje informacij. Podatki so lahko povezani tako z delovnimi računalniškimi operacijami kot s procesi, ki služijo stroju.

Matematični procesor. Uporablja se kot pomožni modul za povečanje hitrosti pri izvajanju kompleksnih računskih operacij.

Značilnosti strukture soprocesorja

Tudi v okviru izvajanja tipičnih aritmetičnih logičnih operacij ni dovolj zmogljivosti navadnega MP. Na primer, mikroprocesor nima zmožnosti izvajanja aritmetičnih ukazov, ki vključujejo uporabo števila s plavajočo vejico. Za podobne naloge uporabite koprocesorje v strukturiki naj bi združila CPU z več poslanci. Hkrati logika same naprave nima bistvene razlike od osnovnih pravil za izdelavo aritmetičnih čipov. Koprocesorji izvajajo tipične ukaze, vendar v tesni interakciji z osrednjim modulom. Ta konfiguracija omogoča stalno spremljanje ekipnih čakalnih vrst na več linijah. V fizični strukturi tega tipa mikroprocesorja je dovoljeno uporabljati neodvisen modul za zagotavljanje I /O, katerega značilnost je možnost izbire njihovih ukazov. Za pravilno delovanje takšne sheme pa morajo soprocesorji jasno opredeliti vir izbire ukazov in uskladiti interakcijo med moduli. Koncept koprocesorske naprave vključuje tudi konstrukcijo posplošene mikroprocesorske strukture z visoko nastavljivo konfiguracijo. Če je v prejšnjem primeru mogoče reči o neodvisnem I /O bloku z možnostjo lastnega izbiranja ukazov, močno vezana konfiguracija vključuje vključitev v strukturo neodvisnega procesorja, ki upravlja vodilne niti.

Sklep