Микросхемы процессоров

Все современные процессоры размещаются на одной микросхеме. Это определяет способ взаимодействия процессора с остальными частями ЭВМ.

Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые происходит обмен информацией с другими устройствами.

Выводы микросхемы центрального процессора можно подразделить на три типа:

• адресные,

• информационные и

• управляющие.

Эти выводы связаны с соот­ветствующими выводами на микросхемах памяти и микросхемах устройств вво­да-вывода через набор параллельных проводов (так называемую шину).

Чтобы вызвать команду, центральный процессор сначала посылает в память адрес этой команды по адресным выводам.

Затем он задействует одну или несколько линий управления, чтобы сообщить памяти, что ему нужно, например, прочитать слово.

Память выдает ответ, помещая требуемое слово на информационные выводы процессора и посылая сигнал о том, что это сделано.

Когда центральный процес­сор получает этот сигнал, он считывает слово и выполняет вызванную команду.

Команда может требовать чтения или записи слов, содержащих данные. В этом случае весь процесс повторяется для каждого дополнительного слова.

Таким образом, центральный процессор обменивается информацией с памятью и устройствами ввода-вывода, подавая сигналы на выводы и принимая сигналы на входы. Другого способа обмена информацией не существует.

Число адресных выводов и число информационных выводов — два ключевых параметра, которые определяют производительность процессора.

Микросхема, содержащая т адресных выводов, может обращаться к 2^т ячейкам памяти. Обычно т равно 16, 20, 32 или 64.

Микросхема, содержащая п информационных выводов, может считывать или записывать п -разрядное слово за одну операцию. Обычно п равно 8. 16. 32, 36 или 64.

Центральному процессору с 8 информаци­онными выводами чтобы считать 32-разрядное слово потребуется 4 операции. Процессор, имеющий 32 информационных вывода, может сделать ту же работу в рамках одной операции.

Следовательно, микросхема с 32 информаци­онными выводами работает гораздо быстрее, но и стоит гораздо дороже.

Помимо адресных и информационных выводов, каждый процессор содержит управляющие выводы. Эти выводы позволяют регулировать и синхронизиро­вать поток данных к процессору и от него, а также выполнять другие функции.

Все процессоры содержат выводы для питания (обычно +3,3 В или +5 В), земли и синхронизирующего сигнала (меандра). Остальные выводы разнятся от про­цессора к процессору. Тем не менее, управляющие выводы можно разделить на несколько основных категорий:

• управление шиной

• прерывания;

• арбитраж шины;

• сигналы сопроцессора;

• состояние;

• прочие

Схема типичного центрального процессора, в котором ис­пользуются эти типы сигналов, изображена на рис. 3.32.

В ыводы управления шиной обеспечивают передачу сигналов из центрального процессора в шину и, далее на входы микросхем памяти и микросхем устройств вводам вывода.

Эти сигналы позволяют сообщить памяти или УВВ тип выполняемой процессором операции - чтение или запись данных.

Выводы прерывания — это входы обеспечивают прием в процессор сигналов из устройств ввода-вывода.

В большинстве систем процессор может дать сигнал устройству ввода-вывода начать операцию, а затем приступить к какому-нибудь другому действию, пока устройство ввода-вывода выполняет свою работу.

Когда устройство ввода-выво­да заканчивает свою работу, контроллер ввода-вывода может посылает сигнал на один из выводов прерывания, чтобы прервать работу процессора и заставить его обслужить уст­ройство ввода-вывода (например, считать данные, проверить ошибки ввода-вывода). Некоторые процессоры содержат выходной вывод, призванный подтверждать получение сигнала прерывания.

Выводы арбитража шины нужны для того, чтобы регулировать поток инфор­мации в шине, то есть не допускать таких ситуаций, когда два устройства пыта­ются воспользоваться шиной одновременно. В плане арбитража центральный процессор считается просто одним из устройств.

Некоторые центральные процессоры могут работать с различными сопроцес­сорами (например, с графическими процессорами, процессорами для обработки данных в формате с плавающей точкой и т. п.). Чтобы обеспечить обмен информацией между процессором и сопроцессором, используются специальные выводы.

Помимо этих выводов, у некоторых процессоров есть дополнительные выводы. Одни из них выдают или принимают информацию о состоянии процессора, другие используются для перезагрузки компьютера, третьи призваны обеспечивать совместимость со старыми микросхемами устройств ввода-вывода.