Микропроцессорная память назначение упрощенные функциональные схемы

Устройство управления является функционально наиболее сложным устройством ПК. Оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины.

Упрощенная функциональная схема УУ показана на рисунке. Здесь представлены:

Регистр команд — запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд.

Дешифратор операций — логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов.

Постоянное запоминающее устройство микропрограмм — хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.

Узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП) — устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП.

Кодовые шины данных, адреса и инструкций — часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора. В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

выборки из регистра-счетчика адреса команды МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;

расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

считывания из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

считывания из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формирования полных адресов операндов;

выборки операндов (по сформированным адресам) и выполнения заданной операции обработки этих операндов;

записи результатов операции в память;

формирования адреса следующей команды программы.

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Функционально АЛУсостоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).

Сумматор — вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного машинного слова.

Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины: регистр 1 (Рг1) имеет разрядность двойного слова, а регистр 2 (Рг2) — разрядность слова.

При выполнении операций в Рг1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции — результат; в Рг2 — второе число, участвующее в операции (по завершении операции информация в нем не изменяется). Регистр 1 может и принимать информацию с кодовых шин данных, н выдавать информацию на них, регистр 2 только получает информацию с этих шин.

Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.

АЛУ выполняет арифметические операции (+, -, *,:) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. только над целыми двоичными числами.

Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется или с привлечением математического сопроцессора, или по специально составленным программам.

Микропроцессорная память. Это сверхбыстродействующая память небольшой ёмкости (время обращения к МПП, т.е. время на поиск, запись или считывание информации из этой памяти измеряется в единицах наносекунд). Она предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, участвующей в вычислениях в ближайшие такты работы машины. Используется для повышения быстродействия ПК, т.к. ОП имеет скорость работы, гораздо ниже скорости МП. МПП состоит из регистров. Количество и разрядность регистров в разных МП различны.

Регистр- это сверхбыстродействующая ячейка памяти, не изменяющая своё состояние до подачи на вход управляющего сигнала.

Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные. Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (адреса команды, например), признаков результатов выполнения операций и режимов работы ПК (регистр флагов, например) и др.

Регистры общего назначения являются универсальными и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур

Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю интерфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода.

Порты ввода-вывода — это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес — номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти — для обмена данными и обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства (НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер, сопроцессор и др.) имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода-вывода.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на прием или передачу и др.);

прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его состоянии;

организацию сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода-вывода и МП.

Схема управления шиной и портами использует для связи с портами кодовые шины инструкций, адреса и данных системной шины: при доступе к порту МП посылает сигнал по КШИ, который оповещает все устройства ввода-вывода, что адрес на КША является адресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. То устройство, адрес порта которого совпадает, дает ответ о готовности, после чего по КШД осуществляется обмен данными.

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-16; Нарушение авторского права страницы

Архитектура аппаратных средств

Тема 2.3

Тема 2.3. Классификация и типовая структура микропроцессоров

Организация работы и функционирование процессора. Микропроцессоры типа CISC, RISC, MISC. Характеристики и структура микропроцессора. Устройство управления, арифметико-логическое устройство, микропроцессорная память: назначение, упрощенные функциональные схемы.

Микропроцессор (МП) – это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

— вычисление адресов команд и операндов;

— выборка и дешифрация команд из основной памяти;

— выборка данных из основной памяти, регистров микропроцессорной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

— прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

— обработка данных и их запись в основную память, регистры микропроцессорной памяти и регистры адаптеров внешних устройств;

— выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

— переход к следующей команде.

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Процессоры даже самых простых ЭВМ имеют сложную функциональную структуру, содержат большое количество электронных элементов и множество разветвленных связей. Изменять структуру процессора необходимо так, чтобы полная принципиальная схема или ее части имели количество элементов и связей, совместимое с возможностями БИС. При этом микропроцессоры приобретают внутреннюю магистральную архитектуру, т. е. в них к единой внутренней информационной магистрали подключаются все основные функциональные блоки (арифметико-логический, рабочих регистров, стека, прерываний, интерфейса, управления и синхронизации и др.).

Читайте также:  Пмл 1230 схема подключения

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

На рис. 1.1,а показано функциональное разбиение структуры процессора при создании трехкристального микропроцессора (пунктирные линии), содержащего БИС операционного (ОП), БИС управляющего (УП) и БИС интерфейсного (ИП) процессоров.

Операционный процессор служит для обработки данных, управляющий процессор выполняет функции выборки, декодирования и вычисления адресов операндов и также генерирует последовательности микрокоманд. Автономность работы и большое быстродействие БИС УП позволяет выбирать команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их исполнения БИС ОП. При этом в УП образуется очередь еще не исполненных команд, а также заранее подготавливаются те данные, которые потребуются ОП в следующих циклах работы. Такая опережающая выборка команд экономит время ОП на ожидание операндов, необходимых для выполнения команд программ. Интерфейсный процессор позволяет подключить память и периферийные средства к микропроцессору; он, по существу, является сложным контроллером для устройств ввода/вывода информации. БИС ИП выполняет также функции канала прямого доступа к памяти.

Выбираемые из памяти команды распознаются и выполняются каждой частью микропроцессора автономно, и поэтому может быть обеспечен режим одновременной работы всех БИС МП, т. е. конвейерный поточный режим исполнения последовательности команд программы (выполнение последовательности с небольшим временным сдвигом). Такой режим работы значительно повышает производительность микропроцессора.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями (рис. 1,б). Для построения многоразрядных микропроцессоров при параллельном включении секций БИС в них добавляются средства "стыковки". Для создания высокопроизводительных многоразрядных микропроцессоров требуется столь много аппаратных средств, не реализуемых в доступных БИС, что может возникнуть необходимость еще и в функциональном разбиении структуры микропроцессора горизонтальными плоскостями. В результате рассмотренного функционального разделения структуры микропроцессора на функционально и конструктивно законченные части создаются условия реализации каждой из них в виде БИС. Все они образуют комплект секционных БИС МП.

Таким образом, микропроцессорная секция это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС МП определяет возможность "наращивания" разрядности обрабатываемых данных или усложнения устройств управления микропроцессора при "параллельном" включении большего числа БИС.

Однокристальные и трехкристальные БИС МП, как правило, изготовляют на основе микроэлектронных технологий униполярных полупроводниковых приборов, а многокристальные секционные БИС МП на основе технологии биполярных полупроводниковых приборов. Использование многокристальных микропроцессорных высокоскоростных биполярных БИС, имеющих функциональную законченность при малой физической разрядности обрабатываемых данных и монтируемых в корпус с большим числом выводов, позволяет организовать разветвление связи в процессоре, а также осуществить конвейерные принципы обработки информации для повышения его производительности.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т. е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных. Например, конволюция позволяет осуществить более сложную математическую обработку сигналов, чем широко используемые методы корреляции. Последние в основном сводятся к сравнению всего двух серий данных: входных, передаваемых формой сигнала, и фиксированных опорных и к определению их подобия. Конволюция дает возможность в реальном масштабе времени находить соответствие для сигналов изменяющейся формы путем сравнения их с различными эталонными сигналами, что, например, может позволить эффективно выделить полезный сигнал на фоне шума.Разработанные однокристальные конвольверы используются в устройствах опознавания образов в тех случаях, когда возможности сбора данных превосходят способности системы обрабатывать эти данные.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры – цифровые устройства, однако, могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Они выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т. д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т. д.). При этом применение аналогового микропроцессора значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также расширяет функциональные возможности за счет программной "настройки" цифровой части микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов.

Обычно в составе однокристальных аналоговых МП имеется несколько каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более, большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.

Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов. Аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую форму, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на выход обычно в аналоговой форме через цифро-аналоговый преобразователь. При этом согласно теореме Котельникова частота квантования аналогового сигнала должна вдвое превышать верхнюю частоту сигнала.

Одним из направлений дальнейшего совершенствования аналоговых микропроцессоров является повышение их универсальности и гибкости. Поэтому вместе с повышением скорости обработки большого объема цифровых данных будут развиваться средства обеспечения развитых вычислительных процессов обработки цифровой информации за счет реализации аппаратных блоков прерывания программ и программных переходов.

По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные.

Синхронные микропроцессоры – микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

Читайте также:  Atoll up 7000 схема подключения

CISC (complex instruction set command) есть традиционная архитектура, в которой центральный процессор использует микропрограммы для выполнения исчерпывающего набора команд. Они могут иметь различную длину, методы адресации и требуют сложных электронных цепей для декодирования и исполнения. В течение долгих лет производители компьютеров разрабатывали и воплощали в изделиях все более сложные и полные системы команд. Однако анализ работы процессоров показал, что в течение примерно 80 % времени выполняется лишь 20 % большого набора команд. Поэтому была поставлена задача оптимизации выполнения небольшого по числу, но часто используемых команд.

В 1974 г. John Cocke (IBM Research) решил испробовать подход, который мог бы существенно уменьшить количество машинных команд в центральном процессоре. В середине 70-х это привело многих производителей компьютеров к пересмотру своих позиций и к разработке центрального процессора с весьма ограниченным набором команд.

RISC (redused instruction set command) – процессор, функционирующий с сокращенным набором команд. Так, в процессоре CISC для выполнения одной команды необходимо в большинстве случаев 10 и более тактов. Что же касается процессоров RISC, то они близки к тому, чтобы выполнять по одной команде в каждом такте. Следует также иметь в виду, что благодаря своей простоте процессоры RISC не патентуются. Это также способствует их быстрой разработке и широкому производству. Между тем, в сокращенный набор RISC вошли только наиболее часто используемые команды.

Первый процессор RISC был создан корпорацией IBM в 1979 г. И имел шифр IBM 801. В настоящее время процессоры RISC получили широкое распространение. Современные процессоры RISC характеризуются следующим:

· большинство команд выполняются за один такт процессора;

· отсутствуют макрокоманды, усложняющие структуру процессора и уменьшающие скорость его работы;

· взаимодействие с оперативной памятью ограничивается операциями пересылки данных;

· резко уменьшено число способов адресации памяти (не используется косвенная адресация);

· используется конвейер команд, позволяющий обрабатывать несколько из них одновременно;

· применяется высокоскоростная память.

Новый подход к архитектуре процессора значительно сократил площадь, требуемую для него на кристалле интегральной схемы. Это позволило резко увеличить число регистров. В современном процессоре RISC уже используется более 100 регистров. В результате процессор на 20 – 30 % реже обращается к оперативной памяти, что также повысило скорость обработки данных. Упростилась топология процессора, выполняемого в виде одной интегральной схемы, сократились сроки ее разработки, она стала дешевле.

Начиная с процессора Pentium, корпорация Intel начала внедрять элементы RISC-технологий в свои изделия.

MISC (minimum instruction set command) – процессор, работающий с минимальным набором длинных команд.

У величение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно слово (связку, bound) размером 128 бит. Оперируя с одним словом, процессор получил возможность обрабатывать сразу несколько команд. Это позволило использовать возросшую производительность компьютера и его возможность обрабатывать одновременно несколько потоков данных.

Процессор MISC, как и процессор RISC? Характеризуется небольшим набором чаще всего встречающихся команд. Вместе с этим принцип команд VLIM обеспечивает выполнение группы команд за один цикл работы процессора. Порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Таким образом, архитектура MISC объединила вместе суперскалярную (многопоточную) и VLIM концепции. Компоненты процессора просты и работают с высокими скоростями.

VLIM (Very Length Instruction Memory) – процессор, работающий с системой команд сверхбольшой разрядности.

Идея технологии VLIM заключается в том, что создается специальный компилятор планирования, который перед выполнением прикладной программы проводит ее анализ, и по множеству ветвей последовательности операций определяет группу команд, которые могут выполняться параллельно. Каждая такая группа образует одну сверхдлинную команду. Это позволяет решать две важные задачи. Во-первых, в течение одного такта выполнять группу коротких («обычных») команд. Во-вторых, упростить структуру процессора. Этим технология VLIM отличается от суперскалярности. В последнем случае отбор групп одновременно выполняемых команд происходит непосредственно в ходе выполнения прикладной программы (а не заранее). Из-за чего усложняется структура процессора и замедляется скорость его работы.

2. Характеристики микропроцессоров

1) тактовой частотой: указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в 1 секунду. Тактовая частота измеряется в Мгц. Следует заметить, что разные модели МП выполняют одни и теже операции (например, сложение и умножение) за разное число тактов. Чем выше модель, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций;

2) разрядностью, т. е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает:

m – разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n – разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;

k – разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства.

Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20;

3) объемом кэш-памяти, которая имеет два уровня: L1 – память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы микропроцессора и работающая всегда на полной частоте микропроцессора; L2 – память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате микропроцессора и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной, может работать на полной или половинной частоте микропроцессора.

4) архитектурой. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора – это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура – это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

3. Структура базового микропроцессора

Функционально микропроцессор можно разделить на две части (смотри рисунок):

— операционную (устройство управления и устройство обработки данных), содержащую арифметико-логическое устройство, микропроцессорную память (за исключением сегментных регистров), блок микропрограммного управления, объединенных в устройство обработки данных, и устройство управления;

— интерфейсную (или устройство связи с магистралью), содержащую блок сегментных регистров микропроцессорной памяти, блок регистров команд (регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты работы) и сумматор адреса.

Устройство обработки данных предназначено для выполнения команд. Устройство управления обеспечивает синхронизацию работы устройств микропроцессора, выработку управляющих сигналов и сигналов состояния для обмена с другими устройствами, анализ и соответствующую реакцию на сигналы других устройств ЭВМ.

Устройство связи с магистралью обеспечивает формирование физического адреса памяти и адреса внешнего устройства, выбор команд из памяти, обмен данными с запоминающими устройствами, внешними устройствами, другими процессорами по магистрали.

Обе части микропроцессора работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) выполняется во время выполнения операционной частью предыдущей команды. Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнить операции в конвейерном режиме. Такая организация микропроцессора позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.

Рис. Упрощенная структурная схема микропроцессора
(на примере i8086)

На внешних выводах микропроцессора широко используется принцип мультиплексирования сигналов – передача разных сигналов по общим линиям с разделением времени. Кроме того, одни и те же выводы могут использоваться для передачи разных сигналов в зависимости от режима (минимальный или максимальный).

Читайте также:  Формула расхода воды по диаметру трубы

В таблице ниже приведено описание внешних выводов МП i8086. При описании выводов косой чертой разделены сигналы, появляющиеся на выводе в разные моменты машинного цикла. В круглых скобках указаны сигналы, характерные только для максимального режима.

Микропроцессор (МП). Центральный блок ПК, предназначен для управления всеми блоками машины и для выполнения арифметических и логических операций над данными. В состав МП входит:

Устройство управления (УУ). УУ является функционально наиболее сложным устройством ПК. Оно формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные выполняемой операцией и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией; передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ.

Функциональная схема устройства управления

Регистр команд – запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд.

Дешифратор операций – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов.

ПЗУ микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки данных. Импульс по выбранному дешифратором операций выходу считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.

Узел формирования адреса находится в интерфейсной части МП. Вычисляет полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все арифметические и логические операции над данными.

Двухрегистровая схема АЛУ

Сумматор – вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов, имеет разрядность двойного слова.

Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины: Регистр1 (Рг1) имеет разрядность двойного слова, а Регистр2 (Рг2) – разрядность слова.

При выполнении операций в Рг1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции – результат; в Рг2 – второе число, участвующее в операции (по завершении операции данные в нем не изменяются). Рг1 может принимать данные с КШД, и выдавать данные на них, Рг2 только получает информацию с этих шин.

Схемы управления принимают от КШУ управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.

Микропроцессорная память (МПП) – память небольшой емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия, служит для кратковременного хранения записи, выдачи данных, непосредственно используемых в вычислениях в ближайшие такты работы машины. Строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины в отличие от ячеек основной памяти (ОП), имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие.

Интерфейсная система реализует сопряжение и связь МП с другими устройствами ПК. Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. К этой системе относятся так называемые порты ввода/вывода – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электронных импульсов. Промежуток времени между импульсами определяет время одного такта работы машины. Тактовая частота определяет количество элементарных операций, выполняемых процессором за 1 секунду. Так как, каждая операция осуществляется за определенное количество тактов, то чем выше тактовая частота, тем выше быстродействие машины. Это одна из основных характеристик ПК. Измеряется в МГц (1 Гц = одна операция в секунду).

Системная шина. Основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех устройств между собой.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1. МП ↔ основная память

2. МП ↔ порты ввода-вывода внешних устройств

3. Основная память ↔ порты ввода-вывода внешних устройств (в режиме ПДП).

Все блоки, а точнее их порты в/в подключаются к шине через соответствующие унифицированные разъемы одинаково: непосредственно или через контроллеры (адаптеры).

Управление системной шиной осуществляется МП либо непосредственно, либо через дополнительную микросхему – контроллер шины, который формирует основные сигналы управления.

Упрощенное представление работы процессора с ячейками памяти через системную шину:

1. Помещает на адресную шину требуемый адрес.

2. На шину управления устанавливает необходимую служебную информацию (операция – «чтение», устройство – «ОЗУ» и т.п.).

3. ОЗУ, увидев на адресной шине адрес, извлекает содержимое соответствующей ячейки и помещает его на шину данных.

Основная память (ОП). ОП предназначена для хранения и оперативного обмена данными с прочими блоками машины. Состоит из постоянно запоминающего устройства (ПЗУ/ROM) и оперативно запоминающего устройства (ОЗУ/RAM).

ПЗУ служит для хранения неизменяемых данных. Из ПЗУ можно только читать. ПЗУ является энергонезависимым устройством, поэтому информация в нем сохраняется даже при выключении электропитания. Важнейшая микросхема ПЗУ модуль BIOS (базовая система ввода-вывода), в который «зашиты» еще при изготовлении: совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера, программа-загрузчик операционной системы, программа Setap, предназначенная для задания и изменения таких параметров компьютера, как время, дата, системный диск и т.д. К ПЗУ относится также полупостоянная память CMOS, в которой хранятся настойки компьютера, сделанные с помощью Setap. CMOS имеет отдельный малогабаритный аккумулятор или батарею питания, поэтому информация о конфигурации остается в памяти, даже если долго не включать компьютер. В последние годы в ПК в качестве ПЗУ стали использовать перепрограммируемое ЗУ – FLASH-память, программы BIOS которой можно заменять («перепрошивать») специальным образом прямо в компьютере на более новые версии.

ОЗУ предназначено для оперативного хранения данных и программ, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе, выполняемых ПК в текущий момент времени. Доступ к элементам оперативной памяти прямой – это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес, что обеспечивает ее быстродействие. Это энергозависимая память, поэтому при выключении питания, данные в ней не сохраняются.

Основная память компьютера – это внутренняя память и находится на материнской плате в системном блоке. Здесь следует также сказать еще об одном виде внутренней памяти.

Регистровая КЭШ-память – высокоскоростная память сравнительно большой емкости, является буфером между ОП и МП и позволяет увеличить скорость выполнения операций. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя (Cache – тайник). В КЭШ-памяти хранятся данные, которые МП получил, и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Различают КЭШ-память 1-го уровня, она встроена в МП (для Pentium Pro ее размер 256 – 512 Кб) и КЭШ-память 2го уровня, она размещается на материнской плате вне МП, ее емкость может достигать нескольких мегабайт.

Еще один вид памяти – видеопамять, которая используется для хранения изображения, выводимого на монитор. Конструктивно она может входить в ОЗУ или содержаться непосредственно в контроллере монитора.

Примечание. Оперативная память может строиться на микросхемах динамического (DRAM) или статического типа (SRAM). Статический тип обладает существенно более высоким быстродействием, но значительно дороже. Для регистровой памяти (МПП и КЭШ-память) используются SRAM, а для основной памяти DRAM-микросхемы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector