Центральные устройства эвм

 7th Апрель 2011 |   Автор: admin

Микропроцессоры

Микропроцессор или просто процессор (от английского processor) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Микропроцессор (МП) — это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор. Перевести на русский язык это слово правильнее всего как «обработчик», так как именно микропроцессор — это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы. Остальные узлы выполняют всего лишь вспомогательные функции: хранение информации (в том числе и управляющей информации, то есть программы), связи с внешними устройствами, связи с пользователем и т.д. Процессор заменяет практически всю «жесткую логику», которая понадобилась бы в случае традиционной цифровой системы.

Он выполняет следующие функции:

-          арифметические функции (сложение, умножение и т.д.),

-          логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.),

-          временное хранение кодов (во внутренних регистрах),

-          пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое.

Количество таких элементарных операций, выполняемых процессором, может достигать нескольких сотен.

Но при этом надо учитывать, что все свои операции процессор выполняет последовательно, то есть одну за другой, по очереди. Конечно, существуют процессоры с параллельным выполнением некоторых операций, встречаются также микропроцессорные системы, в которых несколько процессоров работают над одной задачей параллельно, но это редкие исключения.

Все команды, выполняемые процессором, образуют систему команд процессора. Структура и объем системы команд процессора определяют его быстродействие, гибкость, удобство использования.

Основные характеристики процессоров:

- тактовая частота — микропроцессор выполняет определенные операции (запись, чтение, обработку данных) в точно отведенные единицы времени (такты), что необходимо для синхронизации процесса. Обработка информации тем быстрее, чем выше тактовая частота. Измеряется она в МГц (MHz, мегагерцах) и ГГц (GHz, гигагерцах). Различают частоту ядра процессора(внутреннюю) и частоту системной шины(внешнюю).

1. Внешняя тактовая частота (частота шины процессора) формируется генератором импульсов на системной плате и определяет производительность ядра CPU. По шине процессора производится обмен данными между ЦП, памятью и другими устройствами.

2. Внутренняя тактовая частота определяет в значительной мере скорость работы процессора. Она указывает, сколько элементарных операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Данная частота указывается в прайс-листах фирм, продающих процессоры. Эта величина является произведением частоты системной шины, подаваемой от кварцевого резонатора на внутренний коэффициент умножения. Этот коэффициент определяется подачей напряжения на определенные контакты CPU. Например, 266*5=1330 Мгц.

- разрядность обрабатываемых данных-различают внутреннюю и внешнюю разрядность данных.

Внутренняя разрядность данных — это количество бит, которые одновременно может обрабатывать процессор внутри себя (Существуют 16, 32, 64 -разрядные процессоры).

Внешняя разрядность данных — это количество бит, которыми может обмениваться процессор с другими элементами материнской платы (386SX: 32-битная внутренняя разрядность и 16-битная внешняя, 386DX: 32-битная разрядность внутренняя и внешняя и т.д.)

На данный момент большинство микропроцессоров являются 32-разрядными, однако получают уже широкое распространение и 64-разрядные процессоры.

- размер кеша(кеш-памяти) процессора-для ускорения работы процессора используется собственная кеш-память. Кэш процессора — память SRAM быстрого доступа на триггерах и защелках, в которой временно хранится часто используемая информация. Эта память значительно повышает производительность вычислений. Кэш характеризуется объемом и частотой работы. Существует две разновидности кеша процессора:  1) располагавшийся ранее на материнской плате, а сейчас в корпусе процессора кеш первого уровня(L1) 2) встроенный в ядро процессора кеш второго уровня(L2). Сейчас все процессоры имеют интегрированный кэш L2 работающий на частоте процессора. 3) L3 кэш.

Для выполнения команд в структуру процессора входят: арифметико-логическое устройство; шины данных и шины адресов; регистры; счетчики команд; кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); математический сопроцессор.

Работа всех узлов синхронизируется общим внешним тактовым сигналом процессора. То есть процессор представляет собой довольно сложное цифровое устройство.

Впрочем, для разработчика микропроцессорных систем информация о тонкостях внутренней структуры процессора не слишком важна. Разработчик должен рассматривать процессор как «черный ящик», который в ответ на входные и управляющие коды производит ту или иную операцию и выдает выходные сигналы. Разработчику необходимо знать систему команд, режимы работы процессора, а также правила взаимодействия процессора с внешним миром или, как их еще называют, протоколы обмена информацией. О внутренней структуре процессора надо знать только то, что необходимо для выбора той или иной команды, того или иного режима работы.

Самое главное, что должен знать разработчик микропроцессорных систем — это принципы организации обмена информацией по шинам таких систем. Без этого невозможно разработать аппаратную часть системы, а без аппаратной части не будет работать никакое программное обеспечение.