Микропроцессор: архитектура и организация вычислительного процесса.
Основные узлы микропроцессора:
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- Блок внутренних регистров;
- Устройство управления;
- Интерфейс.
АЛУ состоит из:
- двоичного сумматора,
- регистров для временного хранения операндов,
- регистра-сдвигателя.
Блок внутренних регистров образует внутреннюю память и включает специальные регистры и регистры общего назначения (РОН)
Специальные регистры:
- Счетчик команд;
- Регистр адреса;
- Накопительный регистр (аккумулятор);
- Регистр команды;
- Регистр состояния или признаков результата;
- Стек;
- Указатель стека
Устройство управления: использует код операции для формирования внутренних сигналов управления работой блоков микропроцессора, в том числе АЛУ. Организует пересылку данных и выборку команды
Интерфейс – аппаратура связи между блоками микропроцессора (внутренний интерфейс) и связь микропроцессора с памятью и периферийными устройствами (внешний интерфейс). Связь осуществляется по информационным шинам: шине адреса и шине данных
Система команд:
Система команд — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW и т. д.). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут применяться эти процедуры
Все микропроцессоры можно разделить на группы:
- CISC (Complex Instruction Set Command) с полным набором системы команд;
- RISC (Reduced Instruction Set Command) с усеченным набором системы команд;
- VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом;
- MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и т. д.
Микропроцессор выполняет следующие функции:
- вычисление адресов команд и операндов;
- выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);
- выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
- прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
- обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;
- выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;
- переход к следующей команде.
Прерывания:
Прерывания служат для реагирования на внешние для основной программы события или условия.
При возникновении необходимости переключить процессор на выполнение задачи, отличной от выполняемой, на соответствующий вход подается сигнал, называемый запросом на прерывание.
При получении запроса на прерывание микропроцессор сохраняет данные текущего состояния в стеке и переходит на выполнение программы обработки прерывания, по выполнении которой возвращается к выполнению основной программы.
При наличии нескольких прерываний им назначаются различные приоритеты.
По функциональной направленности микропроцессоры разделяются на:
- Процессоры общего назначения - вычислительные задачи и управление – центральный процессор в системах. Такие процессоры могут достаточно эффективно решать широкий класс задач управления, вычислительных и пр. Именно процессоры этого класса используются в качестве центрального процессора в настольных рабочих станциях.
- Цифровые сигнальные процессоры – вычислительные задачи обработки информации в реальном времени. Эти процессоры специализироаны под вычислительные задачи, связанные с цифровой обработкой сигналов. Функциональные устройства этих процессоров особенно эффективно выполняют характерные для этого класса задач операции: свёртки, фильтрации, перемножение векторов и матриц. Также важной особенностью ПЦОС является малая энергозатратность на единицу вычислительной мощности, что обеспечило их применение в таких устройствах, как плееры, мобильные телефоны, фото-, видеокамеры и пр.
- Микроконтроллеры. Задачи микроконтроллеров связаны в первую очередь с управлением устройствами в реальном времени, что определило и основные свойства микропроцессорых ядер в них: широкий набор операций ввода-вывода, лёгкая предсказуемость поведения во времени, большая скорость реакции на прерывания. Это очень простые процессоры, большинство из них 8-битные, и интегрированы со специфической периферией: таймерами, контроллерами последовательных каналов связи, двунаправленными портами ввода-вывода. Они широко используются в разнообразных портативных устройствах.
Основные параметры микропроцессоров
- Функциональное назначение
- Разрядность
- Быстродействие (рабочая тактовая частота)
- Параметры внутренней памяти, размер кэш-памяти
- Размеры адресуемой памяти
- Состав инструкций
- Таймеры
- Интерфейсы
- Прерывания
- Питание
- Конструктивные параметры
- Эксплуатационные параметры
ДОПОЛНИТЕЛЬНО: ВОЗМОЖНЫЙ ВОПРОС НА ЭКЗАМЕНЕ:
Главное отличие микроконтроллера от микропроцессора:
1. Микроконтроллер управляет реальными объектами в реальном времени;
2. Микроконтроллер: быстрая реакция на прерывание;
3. Микроконтроллер способен выдать команду на исполнение в виде кода.