80

1. Структурная схема микропроцессора (на примере i8086). Назначение регистров.

Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ПК. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ПК. Быстродействие ПК в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную память небольшого объема, именуемую местной или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ПК.

Важнейшими характеристиками процессора являются:

•Разрядность

•Тактовая частота

•Адресное пространство

Разрядность процессора. Обычно команда выполняется не по одному биту, а одновременно группами по 8, 16, 32, 64 бита. Число одновременно обрабатываемых битов и называется разрядностью процессора. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обработать в единицу времени, тем выше его эффективность.

Тактовая частота процессора характеризует быстродействие компьютера. Тактовая частота – кол-во элементарных операций (тактов), к-ые процессор может выполнить в течении секунды. Режим работы процессора задается микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Современные процессоры Pentium имеют тактовую частоту 100 и более МГц.

Каждый конкретный процессор может работать не более чем с определенным количеством оперативной памяти. Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, называется адресным пространством процессора и является важной характеристикой компьютера. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины.

Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ПК в виде программы – последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выполнения. В процессе выполнения программы ПК выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве – памяти, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится на две части: внутреннюю и внешнюю.

На рис. I представлена структурная схема микропроцессора 8086, в состав которого входят: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), блок преобразования адресов и регистры.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) производит операции над двумя величинами для получения результата и выработки ряда признаков (результат меньше нуля, равен нулю, или больше нуля и т. д.).

Аккумулятор – регистр, используемый для размещения подлежащих обработке данных или результатов выполнения операции.

Регистр команд – регистр, служащий для размещения текущей команды.

Регистр адреса – регистр, содержащий адрес ячейки памяти, из которой будет считана команда (операнд) или в которую требуется записать результат выполнения команды.

Регистр(ы) данных – используются в качестве буфера (промежуточного хранилища информации) между памятью и остальными регистрами процессора, через регистр данных пересылаются в процессор команды (операнды) и передаются в память результаты обработки.

Счетчик команд – регистр, указывающий на адрес следующей команды, которая должна быть выполнена после завершения выполнения текущей команды; содержимое счетчика команд увеличивается на единицу в момент выборки из памяти текущей исполняемой команды.

Регистр состояния (флаговый регистр) – регистр, хранящий признаки результата выполнения последней операции; эти признаки используются для организации работы команд перехода.

Устройство управления дешифрирует коды команд и формирует необходимые управляющие сигналы. Арифметико-логическое устройство осуществляет необходимые арифметические и логические преобразования данных. В блоке преобразования адресов формируются физические адреса данных, расположенных в основной памяти. Наконец, регистры используются для хранения управляющей информации: адресов и данных.

Всего в состав микропроцессора i8086 входит четырнадцать 16-битовых регистров:

a) четыре регистра общего назначения (регистры данных):

AX – регистр-аккумулятор,

BX – базовый регистр,

СХ – счетчик,

DX – регистр-расширитель аккумулятора;

б) три адресных регистра:

SI – регистр индекса источника,

DI – регистр индекса результата,

BP – регистр-указатель базы;

в) три управляющих регистра:

SP – регистр-указатель стека,

IP – регистр-счетчик команд,

регистр флагов;

г) четыре сегментных регистра:

CS – регистр сегмента кодов,

DS – регистр сегмента данных"

ES – регистр дополнительного сегмента данных,

SS – регистр сегмента стека.