4.2.3 Схема управления

Схема управления состоит из дешифратора команд и устройства управления и синхронизации. Одна из главных функций схемы управления – декодирование команды. Для этого служит дешифратор команд. Он декодирует команду, находящуюся в регистре команд и выдаёт сигналы, необходимые для выполнения команды, в устройство управления. Основу устройства управления МП составляют программируемые логические матрицы (ПЛМ). Дешифратор анализирует отдельные биты команды и передаёт код операции в устройство управления. Устройство управления получает сигналы от дешифратора команд для определения природы выполняемой команды. Устройство управления получает также информацию от регистра состояния в случае условного перехода. Сигналы управления и синхронизации передаются во все блоки МП для координации выполнения команд и управления внешними устройствами (ОЗУ, ПЗУ, УВВ).

Устройство управления связано с генератором тактовых импульсов, синхронизирующим во времени работу МП. Принимаемые тактовые сигналы схемой управления преобразуются в многофазные синхросигналы. В качестве ГТИ используют кварцевый генератор – внешний или внутренний, встроенный в МП.

4.3 Технические характеристики микропроцессоров

Основные характеристики универсальных микропроцессоров:

1) Разрядность – это число одновременно обрабатываемых процессором битов. Разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой процессором в единицу времени. Между устройствами компьютера данные передаются не сплошным потоком, а порциями - машинными словами, одно машинное слово передаётся за один такт работы компьютера. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер.

2) Тактовая частота: измеряется в мегагерцах (МГц, млн. тактов в секунду). За время каждого такта микропроцессор выполняет одну элементарную операцию. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает микропроцессор и выше производительность компьютера. Микропроцессору каждого типа соответствует определённая оптимальная для него тактовая частота (clock), рекомендованная компанией – производителем.

3) Быстродействие МП: характеризуется тактовой частотой, которая в новейших моделях составляет тысячи мегагерц (МГц, млн. тактов в секунду).

4) Виды и форматы обрабатываемых данных.

5) Система команд - полный список команд, который может исполнять МП. У каждой марки процессора своя система команд (СК).

6) Адресное пространство (адресация памяти). Процессор занимается перемещением данных между ОЗУ и внешними устройствами. Для ОЗУ процессор формирует адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем адресуемой МП памяти называется его адресным пространством. Оно определяется разрядностью внешней шины адреса. Если N – разрядность шины адреса, то по ней можно передать 2N двоичных чисел.

7) Частота внешней синхронизации - максимально возможное значение, при котором гарантируется работоспособность схемы. Иногда указывают также минимально возможную частоту синхронизации. Уменьшение частоты ниже этого предела может привести к отказу схемы. В то же время в тех применениях МП, где не требуется высокое быстродействие, снижение частоты синхронизации - одно из направлений энергосбережения.

8) Производительность: является интегральной характеристикой МП, которая зависит от тактовой частоты работы процессора, его разрядности, а также от особенностей архитектуры определяется с помощью специальных тестов, при этом совокупность тестов подбирается таким образом, чтобы они по возможности покрывали различные характеристики микроархитектуры процессоров, влияющие на производительность.

9) Число внутренних регистров: служит одним из показателей вычислительных возможностей МП. Этот показатель также непрерывно возрастает: 2 — в самых простых МП, 8 и 16 — в достаточно распространенных, 64 и более — в МП типа Pentium и других новых моделях. Число регистров МП фактически характеризует объем сверхоперативной памяти МП с малым временем обращения.

10) Число необходимых источников питания: Обычно требуются два-три источника питания, но при некоторых технологиях изготовления удается обойтись одним.

11) Рабочее напряжение процессора. Ранние модели процессоров имели напряжение питания 5 вольт. Теперь оно уменьшено до 3.3; 3; 2.5; 2.3В, понижение напряжения ведет к уменьшению нагрева и позволяет создавать более компактные элементы МП. Современные процессоры имеют систему двойного питания, т. е. они имеют 2 питающих напряжения –3,3В для ввода-вывода; 2,2 – 2,8В – для ядра.

12) Кэш-память. Кэш – это сверхбыстрая память, расположенная между процессором и ОЗУ. Различают кэш внутренний (кэш первого уровня (L1)) расположенная внутри МП и внешний (кэш второго уровня (L2)), расположенная на системной плате. Кэш-память нужна для ускорения обмена данными между процессором и ОЗУ.