19. Микропроцессор: структура, алгоритм работы, Виды памяти.

Микропроцессор – функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем

Микропроцессор выполняет функции:

1. чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

2. чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

3. прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

4. обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

5. выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

- формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

- формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

- получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:

• внутренний интерфейс микропроцессора;

• буферные запоминающие регистры;

• схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)

Система прерываний. Прерывание-это приостановка выполнения в проц-е прог. с целью выполнения какой либо более важной или нужный в данный момент другой прог. или процедуры, после завершения кот-й продолжается выполнение прерванной прог. с момента прерывания.

При появлении запроса на прерывание проц. сигнализирует допустимость данного вида прерывания и производит следующее:

1.запоминает в стековой памяти текущее сост. прерыв. прог.

2.посылает ист. Запроса на прерыв-е запрос о причине (коде) прерыва.

3.ананлизирует код запрошенного прерыв-я и формирует адрес (вектор) ячейки хранящей адрес прог. обработки прерыв-я (прог. обработки для возникшей ситуации)

4.считывает из ОП и записывает в регистры МПП вектор прерыв-я и его атрибуты

5.сбрасывает (0) флаги прерыв-я и трассировки

6.выполняет прог. обработки прерыв-я

7.после выполнения прог. обраб. прерыв. возвращает из стековой памяти параметры прерванной прог. в регистры МПП и восстанавливает процесс вып-я прерв-й прог.

Виды прерыв-я: Прикладные - временно устанавлив. пользоват.при многопрограммной раб. Псевдопрерывание- служат для запоминания важных фиксированных адресов, кот м.б. исполь. в прог-х Аппаратные –инициируются при обращениях к МП со стороны внешних устройств с требованием выполнять те или иные прцедуры. Программные – обычные процедуры кот вызывает текущая прог. для выполнения предусмотренных в ней подпрограмм. Технические–возникают при появлении отказов в работе технич. средств ПК. Логические–при появлении ошибок в выполнении прог.

внешние устройства ЭВМ, их характ-ки.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

1. микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;

2. микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;

3. микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;

4. микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:

• тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера.

• разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа

• Виды памяти.

Собственная процессорная память, ячейки которой называются регистрами. Регистры предназначены для временного хранения информации, обрабатываемой процессором (например, промежуточных результатов).

Память (хранение информации). В составе памяти различают внутреннюю (основную) и внешнюю.

В составе внутренней памяти выделяют:

ОЗУ - оперативно запоминающее устройство, хранит информацию, с которой компьютер работает в данный моментПЗУ - постоянное ЗУ, энергонезависимо. Информация записывается единственный раз на этапе изготовления микросхемы, изменить её пользователь не в состоянии. Программы, «зашитые» в ПЗУ, в частности, обеспечивают начальную загрузку.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации (различные диски). Свойства: энергонезависимость, большая ёмкость, но время обращения к внешнему носителю больше.

20. Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике)

Интегральные логические элементы являются основой для построения цифровых устройств, выполняющих более сложные операции и относящихся к классу комбинационных устройств.

Основные из них: дешифраторы и шифраторы; мультиплексоры и демультиплексоры; двоичные сумматоры; цифровые компараторы и мажоритарные элементы; преобразователи кодов и др.

СУММАТОРЫ

Сумматоры - это цифровые функциональные устройства, предназначенные для выполнения операции сложения чисел, представленных в различных кодах.

По характеру действия сумматоры подразделяются на комбинационные, не имеющие элементов памяти, и накапливающие – запоминающие результаты вычислений при снятии входных сигналов.

Дешифратор - Комбинационное устройство, позволяющее преобразовать n-разрядный двоичный код в позиционный 2n-разрядный код. Имеет n входов и 2n или меньше выходов. В зависимости от входного набора сигнал 1 появится только на одном определенном выходе, а на всех остальных выходах будут сигналы 0.

По способу реализации дешифраторы могут быть линейные, прямоугольные и пирамидальные.

Более совершенными являются пирамидальные дешифраторы, относящиеся к многоступенчатым структурам и содержащие ряд логических элементов для выделения общих частей функций.

Шифратор - Комбинационное устройство, преобразующее управляющий сигнал на одном из входов в соответствующий двоичный код.

Для шифратора на четыре входа и два выхода. Наибольшее применение шифраторы находят в цифровых устройствах ввода информации с пультов управления для преобразования десятичных чисел в двоичный код. При нажатии на клавишу на один их входов шифратора подается логическая единица (на остальные – логические нули), на выходе формируется соответствующий двоичный код.

Преобразователи кодов - Это устройства для автоматического изменения по заданному алгоритму соответствия между входным и выходным кодами без изменения их смыслового содержания.

Мультиплексоры, демультиплексоры

Демультиплексор - (распределитель) устройство, передающее сигнал, поступивший на его вход x, на один из S выходов в зависимости от управляющего сигнала (УС), заданного двоичным кодом.

Мультиплексор - Устройство для коммутации информации, поступающей по нескольким входным каналам, на один выходной канал в зависимости от управляющего сигнала, заданного двоичным кодом.

Цифровые компараторы

Компаратор - устройство сравнения кодов чисел