1.3.3. Микросхемы процессоров

Все современные процессоры помещаются на одной микросхеме. Это делает впол­не определенным их взаимодействие с остальными частями системы. Каждая мик­росхема процессора содержит набор выводов, через которые происходит обмен информацией с внешним миром. Одни выводы передают сигналы от централь­ного процессора, другие принимают сигналы от других компонентов, третьи дела­ют и то и другое.

Выводы микросхемы центрального процессора можно подразделить на три типа: адресные, информационные и управляющие. Они связаны с соответству­ющими выводами на микросхемах памяти и микросхемах устройств ввода / вывода через набор параллельных проводов – шину.

Чтобы вызвать ко­манду, центральный процессор сначала посылает в память адрес этой команды по адресным выводам. Затем он запускает одну или несколько линий управления, чтобы сообщить памяти, какая команда ему необходима (например, команда прочитать слово). Память выда­ет ответ, помещая требуемое слово на информационные выводы процессора и по­сылая сигнал о том, что это уже сделано. Центральный процессор, получив дан­ный сигнал, принимает слово и выполняет вызванную команду. Команда может дополнительно требовать чтения или записи слов, содержащих данные. В этом случае весь процесс повторяется для каждого дополнительного слова.

Число адресных выводов и число информационных выводов – два ключевых параметра, которые определяют производительность процессора. Микросхема, содержащая m адресных выводов, может обращаться к 2^m ячейкам памяти. Обыч­но m равно 16, 20, 32 или 64.

Микросхема, содержащая п информационных выво­дов, может считывать или записывать п-битное слово за одну операцию. Обычно п равно 8,16,32,36 или 64. Центральному процессору с 8 информационными выво­дами понадобится 4 операции, чтобы считать 32-битное слово, тогда как процес­сор, имеющий 32 информационных вывода, может сделать ту же работу за одну операцию. Следовательно, микросхема с 32 информационными выводами работа­ет гораздо быстрее. Но она и стоит гораздо дороже.

Кроме адресных и информационных выводов каждый процессор содержит вы­воды управления. Выводы управления регулируют и синхронизируют поток дан­ных к процессору и от него, а также выполняют другие разнообразные функции.

Все процессоры содержат выводы питания (V_CC – обычно +3,3 В или +5 В), выводы для «земли» (GND) и синхронизирующего сигнала (меандра). Остальные выводы разнятся от процес­сора к процессору.

Выводы управления шиной по большей части представляют собой выходы из центрального процессора в шину (и, следовательно, входы в микросхемы памяти и микросхемы устройств ввода-вывода). Они сообщают, что процессор хочет счи­тать информацию из памяти, или записать информацию в память, или сделать что-нибудь еще. Выводы управления можно разделить на несколь­ко основных категорий: управления шиной; прерываний; арбитража шины; состояния; разные другие.

Выводы прерывания – это входы из устройств ввода-вывода в процессор. 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 посылает сигнал на один из выводов прерывания, чтобы прервать работу процессора и заставить его обслуживать устройство ввода-вывода (например, проверять ошибки ввода-вывода). Некото­рые процессоры содержат выходной вывод, чтобы подтверждать получение сигна­ла прерывания.

Выводы разрешения конфликтов в шине нужны для того, чтобы регулировать поток информации в шине, то есть не допускать таких ситуаций, когда два устрой­ства пытаются воспользоваться шиной одновременно.

Некоторые центральные процессоры могут работать с различными сопроцес­сорами (например, с графическими процессорами, процессорами с плавающей точ­кой и т. п.). Чтобы обеспечить обмен информации между процессором и сопроцес­сором, нужны специальные выводы для передачи сигналов.

Кроме этих выводов у некоторых процессоров есть различные дополнитель­ные выводы. Одни из них выдают или принимают информацию о состоянии, дру­гие нужны для перезагрузки компьютера, а третьи – для обеспечения совмести­мости со старыми микросхемами устройств ввода-вывода.