Процессорные и микропроцессорные устройства. Системы команд процессора и виды адресации.
Микропроцессор — программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки. Выполнен в виде одной или нескольких БИС.
Микропроцессор можно охарактеризовать как устройство вычислительной техники и как электронное изделие. Как устройство вычислительной техники, микропроцессор характеризуется своей архитектурой, то есть совокупностью программно-аппаратных свойств, предоставляемых пользователю.
Процессором называется устройство способное выполнять программный код и определяющее основные функции компьютера по обработке информации. Конструктивно, процессоры могут выполняться как в виде одной большой монокристальной интегральной микросхемы – чипа, так и в виде нескольких микросхем, блоков электронных плат и устройств. В настоящее время, микропроцессоры и процессоры вмещают в себе миллионы транзисторов и других элементов электронной логики и представляют сложнейшие высокотехнологичные электронные устройства. Персональный компьютер содержит в своем составе довольно много различных процессоров. Они входят в состав систем ввода/вывода контроллеров устройств. Каждое устройство (системная шина, оперативная память, интерфейсы накопителей информации, видеоадаптеры, звуковые адаптеры, клавиатура, периферийные устройства и др.) обслуживается своим собственным процессором или процессорами. Однако, архитектуру и конструктивное исполнение персонального компьютера определяет процессор или процессоры, контролирующие и обслуживающие системную шину и оперативную память, и, что более важно, выполняющие объектный код программ. Такие процессоры принято называть центральными или главными процессорами (Central Point Unit – CPU, Main processor). Центральные процессоры проектируются специально для разработки типовых моделей вычислительных устройств и устройств связи. На основе архитектуры центральных процессоров строится архитектура материнских плат, и проектируется архитектура и конструкция компьютера.
Главные процессоры персональных компьютеров IBM выпускаются различными фирмами-производителями, но имеют сходную базовую архитектуру микро-процессоров фирмы Intel (INTegrated ELectronics) и поддерживают на аппаратном и программном уровне их систему команд и организацию. Основными характеристиками центральных процессоров являются:
· Тип архитектуры или серия (Intel x86, Intel Pentium, Pentium overdrive, RISC …)
· Система поддерживаемых команд (standard 86/88, 286, 386, 486, Pentium, MMX) и адресации (real mode, protected mode, virtual mode, EMS, paging).
· Разрядность (бит)
· Тактовая частота (мгц)
· Величина питающего напряжения (Вольт)
· Гнездо для процессора (Socket 7, Slot1 и др.)
· КЭШ
Тип архитектуры, как правило, определяется фирмой производителем оборудования. Все крупнейшие фирмы, производящие электронное оборудование для IBM-PC-совместимых компьютеров и выпускающие свои типы центральных процессоров вносят изменения в базовую архитектуру процессоров серии Intel x86 или разрабатывают свою. С типом архитектуры тесно связан набор поддерживаемых команд или инструкций, и их расширений. Эти два параметра, в основном, определяют качественный уровень возможностей персонального компьютера и в большой степени уровень его производительности.
Разрядность центрального процессора определяет его поколение и принципиально влияет на скорость передачи информации между другими устройствами и процессором. Первые процессоры серии Intel x86 имели разрядность 8 бит и могли передавать и принимать информацию по одному байту. Современные микро-процессоры персональных компьютеров имеют разрядность 32 бита для передачи информации внешним устройствам и 64 бита – для внутренних операций с информаций.
Тактовая частота процессора определяет минимальный квант времени за который процессор выполняет некоторую условную элементарную инструкцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный процессор. В настоящее время технология производства центральных процессоров с высокой производительностью предусматривает их работу на очень высоких тактовых частотах, вследствие чего, устройства необходимо принудительно охлаждать. Для принудительного охлаждения процессоров используются пассивные системы – в виде радиаторов и активные системы – в виде радиаторов с вентиляторами.
Микропроцессоры делятся на универсальные, однокристальные и секционированные. Универсальные делятся на CISC и RISC . Процессоры цифровой обработки сигналов (ЦОС) могут быть как универсальными, так и однокристальными.
Универсальный МП реализуют все аппаратные средства процессора в виде одной БИС и ориентированы на обработку данных (в широком смысле слова). Пример: Intel/AMD x86, …
Однокристальные МК (также ОМЭВМ) представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации.
Секционированный МП позволяет построить процесс обработки данных произвольной разрядности с произвольной системой команд за счет использования нескольких БИС с микропрограммным уровнем управления и различной разрядностью. Секционированные МП допускают наращивание параметров (прежде всего разрядности обрабатываемых данных) и функциональных возможностей. Секционированные МП ориентированы в основном на применение в универсальных и специализированных ЭВМ, контроллерах и других средствах вычислительной техники высокой производительности. В настоящее время секционированные МП не используются.