3.Обобщенная структура мп. Назначение элементов структуры.
В самом общем виде структура 3-х шинного МП имеет следующий вид:
На кристалле располагаются: 1) УУ, 2) АЛУ, 3) Регистры, 4) УВВ, 5) ГТ. С ростом сложности кристаллов МП могут содержать дополнительную память(КЭШ), арифметический сопроцессор.
УУ – предназначено для управления последовательностью операций АЛУ, выработке тактов работы всех блоков МП, управления переносом данных и адресов по внутренним и внешним магистралям.
Основные этапы работы УУ:
Выборка очередной команды по адресу указанному в счетчике команд (СК).
Дешифрация команды.
Формирование последовательности элементарных операций по выполнению команды.
АЛУ – производит арифметические и логические операции над числами и адресами представленными в двоичном коде.
Р – рабочие регистры. Физически представляют собой ячейки памяти обеспечивающие быстрый доступ к хранящимся в них данным.
По выполняемым функциям рабочие регистры разбиты на группы:
Регистры операндов (О), где в течении времени выполнения операции хранятся числа над которыми производятся операции.
Регистры команд (К). Хранят код выполняемой операции.
Регистр адреса (А), хранит адресную часть команды.
Регистры признаков (флагов) (Ф) – они фиксируют возникновение различных ситуаций:
А) Признак переполнения разрядной сетки (С).
Б) Признак вспомогательного переноса (АС).
В) Признак знака (S).
Г) Признак нуля (Z).
Д) Признак четности (Р).
Регистры общего назначения (ОН) используются для хранения промежуточных результатов и команд.
(УС) Указатель стека (SP).
Стек – специально отведенная область памяти для последовательной записи и считывания данных. Организация стека – LIFO.
Существует 2 вида стека: 1) Встроенный (на кристале МП, V – не велик), 2) Внешний (в качестве памяти – внешняя ОЗУ), непосредственно в МП располагается только указатель стека.
Стеки применяются:
При оперативном последовательном запоминании данных используемых при вычислении в обратном порядке.
При работе с подпрограммами для запоминания адресов возврата.
При работе с прерываниями для запоминания состояния основных блоков.
Счетчик команд (СК). Указывает адрес команды подлежащей выполнению.
Генератор тактовой частоты (ГТ). Синхронизирует работу всех эл-тов МП и связанных с ним устройств. Скорость выполнения программ пропорциональна тактовой частоте ГТ.
Шина – группа линий связи (проводников), соединяющих все эл-ты МП между собой. Число проводников определяет разрядность передаваемой по шине информации.
Обычно выделяют ША, ШД, ШУ. Это будет 3-х шинная структура. Существуют 2-х шинные и даже одношинные структуры. В этом случае по одним и тем же линиям передаются данные, адреса, сигналы управления. Это снижает быстродействие, но позволяет обходиться меньшим числом линий.
4.Рабочий цикл мп. (цикл фон-Неймана).
Функционирование МП состоит из повторяющихся рабочих циклов. Рабочий цикл или цикл команды – время за которое выполняется одна команда.
Цикл команды реализуется за несколько машинных циклов, точное число которых зависит от сложности команды и определяется числом обращений МП к памяти или др. УВВ, т.е. тем сколько раз используется шина данных. Рабочий цикл описывается с помощью так называемого цикла управления фон-Неймана.
1
.Чтение
кода операции в регистр команд.
2. СК = СК +1
3.Дешифрация команд.
Выполнение команды.
----- - Если команда прочитана неполностью.
Каждый машинный цикл состоит из определенной последовательности элементарных действий называемых машинными тактами.
Каждое такое действие соответствует определенному состоянию процессора. Правильная последовательность смены состояния процессора обеспечивается УУ, которое содержит микропрограмму. Длительность выполнения одного такта определяется периодом ГТ.
Количество и вид состояний в машинном цикле определяется типом исполняемой команды.
Выводы:
Рабочий цикл МП выполняется за несколько машинных циклов, число которых определяется количеством обращений к шине данных.
Машинный цикл состоит из последовательности элементарных действий (состояний), количество которых определяется типом команд.
Длительность машинного такта определяется периодом сигналов генератора тактовой частоты, что и определяет быстродействие МП.