Лекція №28 Тема лекції: Виконувані функції і загальне функціонування мікропроцесора. План лекції Процесори Мікропроцесори



Скачати 70.39 Kb.
Дата конвертації04.12.2016
Розмір70.39 Kb.


Тема 2.2. Мікропроцесори.

Лекція №28

Тема лекції: Виконувані функції і загальне функціонування мікропроцесора.



План лекції

1. Процесори

2. Мікропроцесори

3. Мікропроцесорні комплекти



Література

1. Ю.И.Иванов. Микропроцессорные устройства систем управления. 2005. ст. 9-37.



Зміст лекції

1. Процесори

Універсальні комп'ютери діляться на три функціонально зв'язані апаратні частини: процесор, пам'ять і периферійні пристрої.

Процесор — це основна функціональна частина комп'ютера, яка інтерпретує і виконує команди, тобто безпосередньо реалізує програмно-керуємий процес обробки даних. Процесор, що виконує в обчислювальній системі основні функції, називають центральним (ЦП). Спеціалізований процесор, призначений для управління зовнішніми пристроями (накопичувачами, дисплеями, принтерами) називають контролером. Процесор характеризується архітектурою, до якої відносять:



  • список арифметико-логічних операцій (система команд);

  • типи і формати команд і даних;

  • організацію адресного простору пам'яті і периферійних пристроїв;

  • способи адресації команд і даних;

  • функції складових частин і структуру зв'язків з іншими пристроями машин, а також режими роботи.

Процесор складається з пристрою управління, арифметико-логічного пристрою і блоку інтерфейсу (БІФ) для з'єднання із зовнішнім середовищем - пам'яттю, периферійними пристроями.

Арифметико-логічний пристрій. Обробка даних здійснюється в АЛП, яке містить арифметико-логічний блок АЛБ, блок РЗП (регістри загального призначення), блок контролю БК і місцевий блок управління при децентралізованому управлінні.

Арифметико-логічний блок містить універсальний двійковий комбінаційний суматор, двійково-десятковий суматор або схему десяткової корекції, регістри для тимчасового зберігання двох операндів і результату операцій, а також регістр прапорців. Для підвищення продуктивності в АЛП можуть включати спеціалізовані вузли зсуву і множення, схеми прискореного перенесення і інші пристрої.

Ряд процесорів має по два і більш АЛП. Розрядність АЛП визначає розрядність всього процесора. У РЗП бережуться початкові дані, проміжні і кінцеві результати, адреси даних, константи, необхідні в процесі виконання команди. Всі операції в АЛП реалізуються як просторово-часові послідовності мікрооперацій над двійковими словами, кожна з яких є сукупністю булевих операцій над бітами слів. В АЛП реалізуються наступні типові мікрооперації:



  • передачі слів між регістрами і регістрами і пам'яттю;

  • складання двох слів, декремент (мінус 1) або інкремент (плюс 1) слова;

  • арифметичні, логічні і циклічні зсуви управо або вліво;

  • порозрядні логічні операції АБО, І, виключаюче АБО і порівняння операндів;

  • перетворення кодів слів — інверсія, доповнення, розширення і ін.

Пристрій управління УУ керує процесом обробки даних, забезпечує основні режими роботи (початкових установок, очікування, переривання, прямого доступу до пам'яті, діагностики і контролю) і взаємодію всіх пристроїв комп'ютера. Для виконання цих функцій УУ має в своєму складі регістр і дешифратор команд, програмний лічильник для завдання адреси наступної команди, блок управління і схеми синхронізації, діагностики і контролю. До складу процесора можуть входити спеціальні системні засоби (служба часу, засоби міжпроцесорного зв'язку, пульт управління і ін.).

Пристрій управління послідовно прочитує код команди з пам'яті і розміщує його в регістр команд (інструкцій). Блок управління дешифрує команду і формує послідовності управляючих сигналів. Для виконання однієї мікрооперації в АЛП необхідний один управляючий сигнал. В одному машинному такті реалізується сукупність мікрооперацій — мікрокоманда. Безліч мікрокоманд утворює мікропрограму команди. Кожна команда має свою мікропрограму, час виконання якої називається командним циклом.

Відзначимо, що всі команди в комп'ютері реалізуються на основі принципу мікропрограмного управління, тобто виконання мікропрограм. В той же час УУ з програмованою логікою також називають мікропрограмними.

2. Мікропроцесори

Мікропроцесор є процесором, складові частини якого мініатюризовані і розміщені в одній або декількох мікросхемах. Історія мікропроцесорів почалася в 1971 р., коли фірма Intel розробила перший в світі чотирьохрозрядний процесор 4004, а через рік — восьмирозрядний 8008. На основі мікропроцесорів створена нова елементна база — мікропроцесорні засоби, на яких будують сучасні комп'ютери. У наш час терміни "процесор" і "мікропроцесор" сприймають як синоніми.

Мікросхема, що виконує функції мікропроцесора або його частини, називається мікропроцесорною. Сукупність мікропроцесорних і інших мікросхем, сумісних по конструктивно-технологічному виконанню і призначених для спільного використовування, називається мікропроцесорним комплектом (МПК).

До характеристик мікропроцесорних ІМС відносяться: розміри кристала і кількість транзисторів в ньому, тип корпусу і кількість виводів.

Найважливішими статичними і динамічними електричними параметрами мікропроцесорів як мікроелектронних виробів є:



  • кількість джерел живлення і їх напруга;

  • струм і потужність споживання;

  • кількість серій синхроімпульсів, їх частота і амплітуда; рівні логічних сигналів;

  • вхідна і вихідна місткості, здатність навантаження;

  • час затримки розповсюдження сигналів, число операцій в секунду над операндами, зберігаємими в регістрах-акумуляторах.

Залежно від умов експлуатації до мікропроцесорних ІМС можуть пред'являтися спеціальні вимоги відносно:

  • температурного діапазону роботи і режиму зберігання;

  • стійкості до радіаційних і електромагнітних впливів, вібраціям і ударам;

  • маси і габаритів;

  • інтенсивності відмов, напрацювання на відмову, надійності функціонування.

Мікропроцесор, призначений для використання функціонально повного набору операцій, є універсальним, інакше — спеціалізованим. По конструкції розрізняють наступні мікропроцесори:

  • однокристальні — виконані у вигляді єдиної мікросхеми (мал. 10.2, а);

  • багатокристальні (модульні) — побудовані з мікросхем, кожна з яких виконує функції пристрою комп'ютера;

  • розрядно-нарощувані (секційні); їх розрядність може збільшуватися за рахунок декількох мікропроцесорних секцій, з'єднаних загальними шинами.

Всі мікропроцесори мають засоби сполучення із зовнішніми пристроями — інтерфейси (ІФ).

Залежно від режиму роботи розрізняють наступні процесори:


  • однопрограмні (виконують одну програму) і багатопрограмні (мають засоби для одночасного виконання декількох програм);

  • мультипроцесори (системи, в яких одночасно можуть бути активні декілька процесорів);

  • конвейєрні (команди виконуються послідовно рядом пристроїв, причому різні пристрої можуть одночасно обробляти відповідні частини декількох команд);

  • матричні (мають спеціальну архітектуру, розраховану на обробку числових масивів);

  • співпроцесори (арифметичні розширювачі) — призначені для розширення списку команд ЦП; самостійно не використовуються;

  • периферійні — виконують функції уведення-виведення інформації

  • асоціативні процесори, в яких характер обробки даних визначається вмістом самих даних.

По виду оброблюваної інформації розрізняють цифрові (звичні) і аналогові мікропроцесори. В аналогових мікропроцесорах на вході використовують АЦП для перетворення аналогових величин в цифровий код, а на виході — схеми ЦАП, перетворюючих цифрові дані в аналогові.

3. Мікропроцесорні комплекти

Для побудови сучасних комп'ютерів використовують мікропроцесорні засоби — комплекси апаратний і програмно сумісних ІМС різному ступеню складності. Основою мікропроцесорних засобів є мікропроцесорні комплекти МПК і базові кристали, БІС пам'яті.

Залежно від вигляду і типу базової програмованої БІС виділяють наступні МПК: з одним або декількома однокристальними мікропроцесорами; з багатокристальними (модульними) мікропроцесорами; з секційними (розрядно-модульними) мікропроцесо-рами; з однокристальними мікро-ЕОМ.

Однокристальні мікропроцесори мають фіксовану структуру і систему команд; призначені для побудови мікро- і міні-комп'ютерів широкого вживання. Однокристальні мікро-ЕОМ вбудовуються в технічні системи, в яких вони виконують функції контролю, управління і діагностики.

Модульні мікропроцесори орієнтують на реалізацію конкретного класу алгоритмів (обробка цифрових сигналів, графічні перетворення). Секційні мікропроцесори забезпечують побудову високопродуктивних універсальних комп'ютерів методом нарощування необхідного числа секцій.

До складу МПК входить широкий спектр спеціалізованих мікропроцесорних ІМС, у тому числі:


  • процесорні елементи (секції АЛП); блоки регістрів загального і спеціального призначення; багаторежимні буферні регістри (порти, фіксатори); схеми прискорених переносів і розширювачі обчислювальних функцій;

  • схеми синхронізації і генератори тактових імпульсів; блоки управління обміном з пам'яттю і формування адрес мікрокоманд;

  • контролери: клавіатури, відеотерміналів, накопичувачів на магнітних дисках і стрічках, уведення-виведення даних, прямого доступу до пам'яті і переривань;

  • контролери шин і протоколів, шинні формувачі;

  • програмовані таймери і схеми арбітражу.

По характеру роботи в часі мікропроцесори підрозділяються на синхронні (час виконання команд в них постійно) і асинхронні, де кожна команда реалізується за час її фактичного виконання. Мікропроцесори мають різні пристрої управління з схемною або програмною логікою і комбіновані.

До техніко-економічних переваг мікропроцесорів відносять:



  • високу швидкодію і надійність, малу потужність споживання, малі розміри і масу, низьку вартість;

  • простоту технічного обслуговування, складання і розширення мікропроцесорних систем;

  • можливість побудови могутніх мікропроцесорних комплексів з паралельною обробкою інформації;

  • реалізацію розподілених систем контролю, діагностики і управління.

Достоїнства мікропроцесорів забезпечили масове вживання їх в науці, техніці і нетрадиційних областях народного господарства.






База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка