1.1.3 Принцип дії і структура мікропроцесора (мп).

1. Конструкції МП.

2. Структура МП.

3. Принцип дії МП.

4. Особливості роботи|шикування| МП.

5. Синхронізація роботи МП

Література [] с.

1. За конструктивною ознакою МП-и можна поділити на:

• однокришталеві МП – з|із| фіксованою довжиною слова (розрядністю) і певною системою команд;

• багатокришталеві (секційні) МП – з|із| нарощуваною розрядністю слова і мікропрограмним керуванням (вони складаються з двох і більш мікросхем).

Не дивлячись на те, що можливості|спроможності| багатокришталеві МП істотно|суттєвий| вище, ніж у|біля| однокришталеві, багато прикладних завдань|задач| успішно вирішуються|розв'язуються| на основі однокришталевих МП.

2. Спрощено структурна схема МП представлена на рисунку 1.3.

МП

Регістри ПК АЛП

Рисунок 1.3

До складу однокришталевого мікропроцесора входять регістри|реєстри|, арифметико-логічний пристрій|устрій| (АЛП) і пристрій|устрій| керування (ПК).

ПК – це координатор всіх дій комп'ютера. Він керує послідовністю виконання команд і рухом (потоками) даних в комп'ютері.

АЛП – цей пристрій виконує всі обчислювальні операції – логічні і арифметичні.

Регістри процесора – це швидко доступна для МП пам'ять, але на відміну від загальної пам'яті, ця пам'ять розташована усередині МП, що значно скорочує час доступу до неї.

Розрядність регістра – це кількість бітів, з яких він складається. Сучасні комп'ютери мають 32-розрядні регістри і більше. Чим більше розрядність регістрів МП, тим більше даних МП може обробляти одночасно, тим вище швидкодія комп'ютера.

Регістри|реєстри| процесора використовуються ПК для зберігання адрес команд, які повинен виконати МП, адрес даних або самих даних, з|із| якими АЛП виконує дії, результатів цих дій, різної інформації про стан|достаток| пристроїв|устроїв| комп'ютера.

3. Процес виконання кожної команди полягає в наступному|слідуючому|.

Спочатку двоїчний код команди витягується з пам'яті за заданою адресою. Цей код команди перетворюється у внутрішній для МП код (команда дешифрується, тобто визначається яку операцію необхідно виконати і за якою адресою знаходяться|перебувають| дані, що беруть участь у виконанні даної команди) і після|потім| цього команда виконується.

Для виконання деяких команд додаються|добавляють| дії з зчитування даних з пам'яті. Такі команди виконуються довше, що ускладнює роботу МП.

4. Щоб прискорити роботу МП в сучасних комп'ютерах використовується механізм конвеєризації: поки одна команда зчитується з пам'яті, друга в цей же час дешифрується, а третя виконується, що значно збільшує швидкодію комп'ютера.

Одночасно МП сучасного комп'ютера може виконувати 5-6 команд.

Швидкодія сучасного МП досягає 100 і більше мільйонів операцій в секунду.

5 Виконання команди в МП здійснюється в строго|суворий| певній послідовності, обумовленій рядом|лавою| чинників|факторів|, зокрема використовуваними синхросигналами (рисунок 1.4)|.

Т

U

t

МЦ МЦ МЦ

КЦ 1

КЦ 2

КЦ 3

Рисунок 1.4

Машинний такт (Т) – це період синхросигналів. Його тривалість встановлена в деяких межах. Наприклад, для МП КР 580 тривалість Т – 0,5  2 мкс (при тактовій частоті 2 МГц).

Машинний цикл (МЦ) – час, потрібний для считування одного машинного слова інформації з пам'яті (ОЗП, ПЗП) або виконання команди, що складається з одного машинного слова.

Командний цикл (КЦ) – час вибірки, декодування і виконання команди. Залежно від типу команди КЦ може складатися з декількох машинних циклів.

Елементарну операцію (або їх деяку комбінацію), що виконується за один тактовий інтервал (машинний такт) і ініціюється одним функціональним керуючим сигналом, називають мікрооперацією.

Сукупність мікрооперацій, що виконуються за один тактовий інтервал, називається мікрокомандою. Мікрокоманда може складатися з однієї мікрооперації. Можна вважати, що кожен розряд мікрокоманди визначає виконання відповідного сигналу керування.

Послідовність мікрокоманд, що забезпечує виконання операції команди, що задається кодом, тобто кодом операції, називають мікропрограмою.

Таким чином, процес виконання будь-якої команди може бути описаний деякою мікропрограмою і реалізований за декілька машинних тактів, в кожному з яких виконується одна мікрокоманда, тобто декілька (або одна) мікрооперація.

Пристрій|устрій| керування призначений для формування сигналів, які керують та забезпечують виконання всіх мікрооперацій з яких складається та або інша команда.

Контрольні питання.

1 Як поділяють мікропроцесори за конструктивною ознакою?

2 Які пристрої входять до структурної схеми мікропроцесора? Наведіть їх призначення?

3 Як впливає на роботу мікропроцесорної системи розрядність регістрів мікропроцесора?

4 Як відбувається виконання команд в мікропроцесорі?

5 В чому полягає особливість роботи мікропроцесора? В чому її перевага?

6 Якими параметрами характеризується синхронізація роботи мікропроцесора?

7 Чим описується процес виконання будь-якої команди в мікропроцесорі? Що вона представляє?