Основные характеристики мп

Различные МП имеют различные характеристики и структуры. С точки зрения пользователя можно выделить некоторые основные наиболее важные характеристики, которые характеризуют структуру МП.

1. Операционные ресурсы (система команд), которые определяют функциональные возможности МП. Чем больше разных команд может выполнять МП, тем удобнее составлять программу. По операционным ресурсам различают МП CISK и RISK -архитектуры.

RISK - это МП с сокращенной системой простых команд. Такие МП обычно используют для построения многопроцессорных комплексов универсального назначения, они отличаются относительной простой аппаратной части и очень высоким быстродействием. Представителем таких МП является МП SPARC фирмы SUN.

CISK МП - это процессоры с полным набором команд, к ним относятся МП серии х86 фирмы intel. Состав и назначение которых неоднороден, широкий набор команд усложняет их декодирование, из-за чего увеличивается число машинных тактов, необходимых для их выполнения.

2. Быстродействие, в первую очередь определяемое тактовой частотой МП.

3. Точность вычислений, определяемая разрядностью обрабатываемых данных как единого целого. От разрядности внутренней шины данных зависят функциональные возможности МП и эффективность их применения. Чем выше разрядность обрабатываемых данных, тем шире круг задач, для которых данный МП может быть использован. Разрядность может быть фиксированной и наращиваемой. В зависимости от разрядности внутренней шины МП различают: 8,16,32,64 разрядной архитектуры.

4. Производительность МП.

5. Адресуемая емкость памяти, максимальная емкость которой определяется разрядностью адресной шины МП

6. Разрядность внешней шины данных (системной шины) с помощью которой МП обменивается данными с основной памятью и с ПФУ. Разрядность системной шины обычно совпадает с разрядностью внутренней шины данных МП, которая определяется его архитектурой, но может и отличаться. Так, в 16-разрядных МП 8086 разрядность шины данных и системной шины совпадает (16), а в МП 8088 внутренняя шина данных - 16, а разрядность системной шины - 8; и МП 386DX и 386SX отличаются только разрядностью системной шины.

МП различаются также количеством источников питания, их значением, типом корпуса и другими электрическими параметрами (потребляемой мощностью, мощностью рассеивания, уровнями сигналов, помехоустойчивостью, нагрузочной способностью) значение этих параметров необходимо знать при решении вопросов совместимости МП одной серии с МП другой серии.

Структурная схема МП

Любой МП состоит из следующих основных блоков: АЛУ, БВР, УУ

Взаимодействие этих блоков внутри МП обеспечивается ШДВ (внутренней шиной данных)

БВР - состоит из следующих основных регистров:

А - регистр-аккумулятор

РОН - регистры общего назначения

РП - регистр признаков (состояний), флагов

РБ - буферный регистр

ШФ - шифратор

УУ - включает следующие компоненты:

СТК - счетчик команд (программный)

РА - регистр адреса

РК - регистр команд

Назначение основных узлов МП

АЛУ выполняет одну из главных функций МП, т.е. обработку данных. Перечень выполняемых АЛУ функций зависит от типа МП, некоторые МП способны выполнять множество различных операций, в других АЛУ их набор ограничен. Функции АЛУ определяют архитектуру АЛУ в целом. В интегральном исполнении АЛУ имеют две группы входов данных А и В и одну группу выходов F. Под действием управляющих сигналов S АЛУ может выполнить определенное число операций над входными числами А и В.

2. БВР является важной частью МП и регистры, входящие в него, используются для временного хранения одного слова данных. Некоторые регистры имеют специальное назначение (например, регистр флагов), другие -многоцелевые (РОН, называемые также универсальными регистрами). Регистры РОН являются программно доступными, т.к. могут использоваться программистом по его усмотрению. Обычно разрядность РОН совпадает с разрядностью внешней шины данных МП, но иногда их разрядность может удваиваться при объединении попарно. Например, в операциях с плавающей точкой. Часто РОН используют как сверхоперативную память или запоминающие устройства. Главным регистром МП является аккумулятор (А). Большинство арифметических и логических операций осуществляется путем использования АЛУ и регистра-аккумулятора. Любая такая операция над двумя операндами предполагает размещение одного из них в регистре-аккумуляторе, а другого в ОП или РОНах. Результат выполнения операции также обычно размещается в аккумуляторе, а затем записывается в память или РОН. Этот регистр универсальный, он имеет ту же разрядность, что и МП. В нем могут выполняться некоторые операции: сдвиг вправо или влево, инвертирование. Регистр признаков (флагов или состояний) служит МП для хранения результатов некоторых проверок. Этот регистр предоставляет возможность программисту при определенных условиях изменять ход выполнения программы. Регистр флагов обычно 8 или 16-разрядный. Буферный регистр предназначен для временного хранения информации (обычно она хранится в течение одного машинного такта).

3. основной задачей устройства управления преобразование кодов операций команд программы в соответствующей последовательности синхронизирующих, разрешающих, стробирующих, управляющих и других сигналов, т.е. вырабатывает серию управляющих сигналов. Основные функции устройства управления:

1) выборка из оперативной памяти команд программы в необходимой последовательности

2) дешифрация выбранной команды и преобразование ее кода операции в серию управляющих сигналов схемно или микропрограммно.

3) управление выполнением команды в АЛУ

4) занесение результатов (сначала в регистр-аккумулятор, а затем по адресу)

устройство управления состоит из СТК - счетчика команд, РА - регистра адреса, РК - регистра команд, УУВК - устройства управления выполнением команд. СТК является одним из важнейших регистров МП и предназначен для формирования адреса следующей команды.

Программа - это последовательность команд, хранимых в памяти ЭВМ и предназначенных для решения данной задачи в соответствии с ее алгоритмом, т.е. программа инструктирует ЭВМ, как решать данную задачу. Команды должны поступать в устройство управления МП в строго определенном порядке. Перед выполнением программы СТК загружается адресом первой команды, одновременно адрес первой команды посылается и на регистр адреса, а оттуда через внешние шины адреса к схемам управления памятью. В результате этого по заданному адресу считывается содержимое и выбранная команда направляется через шины данных на регистр команд. В течение выборки команды из памяти содержимое СТК и регистра адреса является одинаковым. Регистр команд предназначен для хранения кода выполняемой команды. Изменить информацию в этом регистре можно только после выполнения всех элементарных операций, составляющих микропрограмму выполнения данной команды. После выборки команды из памяти и ее выполнения в АЛУ МП автоматически формирует адрес следующей команды при естественном ходе выполнения программы. Результат выполнения операции сначала записывается в аккумулятор, а затем заносится в память или регистры МП или в память в соответствии с адресом, указанным в команде. На этом выполнение первой команды заканчивается, и МП выбирает следующую команду, которая выполняется таким же образом (по адресу, сформированному в СТК). УУВК предназначено для формирования серии управляющих сигналов, которые поступают в АЛУ. Формирование управляющих сигналов происходит схемно или микропрограммно. Отсюда и две структуры УУ: с жесткой логикой (схемное), и с программируемой, гибкой логикой (микропрограммное управление). Устройство управления с жесткой логикой формирует распределенные во времени управляющие сигналы, и изменение их основных функций требует переделки самих электронных схем. По сравнению с микропрограммными устройствами управления эти устройства более быстродействующие, но и более сложные.