ФГБОУ СПО «Ейский морской рыбопромышленный техникум» Архитектура микропроцессора. Преподаватель информационных технологий Степанец Евгения Валерьевна 2018 ПРОЦЕССОР Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик: Производительность: ◦ тактовой частотой обработки информации; ◦ Разрядностью Архитектура МП - это совокупность сведений о составе его компонентов, организации обработки в нем информации и обмена информацией с внешними устройствами ЭВМ, а также о функциональных возможностях МП, выполняющего команды программ. Структура МП это сведения только о составе его компонентов, соединениях между ними, обеспечивающих их взаимодействие. Схема МП - РД – регистр данных; РК – регистр команд; ВШ- внутренняя шина (передает данные, команды и управляющие сигналы) Работа МП 1) Порядок действий задается УУ, которому необходимо поступление постоянных тактовых импульсов; При поступлении каждого тактового импульса происходит либо перемещение информации по регистрам или подключение к шине или другие действия. Работа МП 2) Каждая операция выполняется в определенной последовательности за несколько циклов синхронизации. Содержание операций определяется командами т.е. информацией, которую МП принимает в регистр команд РК. Работа МП 3) Информация о данных, над которыми выполняются операции, МП принимает в регистр данных РД. Детальная структурная схема МП Детальная структурная схема МП 1) В регистр команд записывается код команды, который преобразуется в управляющие сигналы дешифратором команд ДшК; 2) Исходные данные и промежуточные результаты записываются в регистр общего назначения РОН, один из которых общается с АЛУ – это регистр А (аккумулятор). В нем размещаются результаты каждой арифметической операции. Детальная структурная схема МП 3) В процессе вычислений и обработки информации используется регистр флагов или регистр признаков РП. Под словом «флаг» понимается сигнал о том, что в процессе вычислений или обработки информации результат получил некий характерный признак (например, результат равен 0 – флаг нуля, отрицательный результат – флаг знака и т.д.) Регистр флагов состоит из нескольких независимо управляемых триггеров, при переходе от 0 к 1 сигнализирует о появлении соответствующего признака. Детальная структурная схема МП 4) Загрузка некоторых регистров МП. Обработка содержащихся в них слов, пересылка слов в другие регистры могут происходить по командам программы. Такие регистры называются пользовательскими. 5) Для временного хранения информации используются буферные регистры, недоступные программисту – это БД (буфер данных) и БА (буфер адреса). Детальная структурная схема МП 6) Шины для передачи информации – шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина команд (ШК), шина управления (ШУ), ВШ – внутренняя шина. 7) С адресной шиной связаны Буфер адреса БА, счетчик команд СК и указатель стеков УС. СК указывает в МП адреса по которым находятся в памяти команды. После считывания команды автоматически происходит прибавление 1 к адресу. Эта операция называется инкрементом. Детальная структурная схема МП 8) Стек С представляет собой группу регистров в МП , куда временно может записываться информация, которая будет использована позже. Регистр УС служит для указания адреса той ячейки в ЗУ, в которую записано последнее по времени поступления слово. Именно оно будет считаться первым при обращении к стеку. (принцип «последний записан – первый считан»). Сигналы, вызывающие операции со стеком, называются сигналами прерываний. Детальная структурная схема МП При каждом занесении в стек содержимое УС автоматически увеличивается на 1 (инкрементируется), при каждом извлечении – уменьшается (декрементируется). Для этого имеется схема инкремент-декремент СИД. Процесс обработки данных Процесс обработки данных состоит из нескольких этапов. 1) Команды и данные забираются из кэша. Такая процедура называется выборкой. 2) Выбранные команды декодируются в понятные для данного процессора команды. Затем происходит их выполнение в исполнительных блоках. Результат записывается в оперативную память. Процесс обработки данных В предпроцессоре происходит выборка команд из кэша и их декодирование. В постпроцессоре – процесс выполнения декодированных команд. Таким образом обязательны 4 стадии (каждая стадия – 1 такт): 1) 2) 3) 4) Выборка из кэша; Декодирование; Выполнение; Запись результатов. Данные стадии называют конвейером обработки команд. Процесс обработки данных В разных процессорах разное число ступеней. Например, в конвейере процессора Пентиум 4 содержится 20 ступеней. Причина в том, что при выполнении сложных команд они не могут быть обработаны за 1 такт. Любой процессор должен быть сконструирован так, чтобы за минимальное время выполнять максимальное число команд. Именно этот факт определяет производительность процессора. Т.к. процессор является основным устройством ЭВМ , то его характеристики определяют эффективность ЭВМ в целом. Характеристики процессора: 1. 2. 3. 4. и Разрядность; Емкость адресуемой памяти; Длина конвейера; Число внутренних регистров; т.д. Характеристики МП как интегральной схемы: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Быстродействие; Потребляемая мощность; Масса и габаритные размеры; Число источников питания; Надежность; Стоимость; Эксплуатационная стойкость. Классификация МП 1) По назначению: Универсальные; Специализированные; 2) По разрядности: С фиксированной разрядностью слов; С изменяемой разрядностью слов; 3) По способу управления: микропрограммируемые; макропрограммируемые;