Човечеството е направило огромен път към създаването на компютри, без които е невъзможно да си представим едно модерно общество с всички аспекти на живота си в сферите на промишлеността, националната икономика и домакинските уреди. Но дори и днес напредъкът не е налице, отваряйки нови форми на компютъризация. В центъра на технологичното развитие, в продължение на няколко десетилетия, е структурата на микропроцесора (МП), който се подобрява по функционални и структурни параметри.

Концепцията за микропроцесор

В общи линии, концепцията за микропроцесор е представена като софтуерно-управлявано устройство или система, базирана на голяма интегрална схема (LIS). С помощта на МП се извършват операции по обработка на данни или управление на системата, обработка на информация. В ранните етапи на разработването на ИС се основаваха на отделни нискофункционални микросхеми, в които присъстваха транзистори в количества, вариращи от няколко стотин до стотици. Най-простата типична микропроцесорна структура може да съдържа група микросхеми с общи електрически, структурни и електрически параметри. Такива системи се наричат ​​комплект микропроцесори. Заедно с депутатите, една и съща система може да се състои и от фиксирани и оперативни устройства за съхранение, както и от контролери и интерфейси за свързване на външно оборудване - отново със съвместими комуникации. В резултат на концепцията за микроконтролери, комплектът от микропроцесори беше допълненпо-сложни сервизни устройства, регистри, шини, таймери и др.


Днес микропроцесорът все повече се разглежда като отделно устройство в контекста на практическото приложение. Функционалната структура и принципът на микропроцесора вече на етапите на проектиране се ръководят от използването на изчислително устройство, предназначено да изпълнява серия от задачи, свързани с изпълнението на обработката и управлението на информацията. Ключова връзка в процесите на организиране на работата на микропроцесорно устройство е контролерът, който обслужва контролната конфигурация и режимите на взаимодействие на изчислителното ядро ​​на системата с външното оборудване. Като междинна връзка между контролера и микропроцесора може да се обмисли интегриран процесор. Неговата функционалност е фокусирана върху решаване на спомагателни задачи, които не са пряко свързани с назначаването на основния депутат. По-специално, те могат да бъдат мрежови и комуникационни функции, които осигуряват работата на микропроцесорно устройство.

Класификации на микропроцесорите

Дори при най-простите конфигурации на МП има много технически и оперативни параметри, които могат да се използват за класифициране на характеристиките. За обосноваване на основните нива на класификация обикновено се разграничават три функционални системи - оперативни, интерфейсни и контролни. Всеки един от тези работни пространства също така предоставя редица параметри и отличителни характеристики, които определят естеството на работата на устройството. От гледна точка на типичнотоструктурата на класификацията на микропроцесорите, на първо място ще раздели устройството на мулти-кристални и монокристални модели. Първите се характеризират с факта, че техните работни единици могат да работят самостоятелно и да изпълняват определени команди предварително. И в този пример, изразен MP, в който акцентът е върху операционната функция. Тези процесори се фокусират върху обработката на данни. В същата група, например, трикристалните микропроцесори могат да бъдат мениджъри и лицева страна. Това не означава, че няма оперативна функция, но с цел оптимизиране на повечето комуникационни и енергийни ресурси се възлага задачата за генериране на микрокомпютри или оперативна съвместимост с периферни системи.
Що се отнася до депутатите от един чип, те са разработени с фиксиран набор от команди и компактно поставяне на целия хардуер на едно ядро. По отношение на функционалността, структурата на един кристален микропроцесор е доста ограничена, макар и по-надеждна от сегментните конфигурации на мулти-кристални аналози. Друга важна класификация се отнася до работата на интерфейса на микропроцесорите. Става дума за начини за обработка на входящите сигнали, които днес продължават да се разделят на цифрови и аналогови. Въпреки че самите процесори са цифрови устройства, в някои случаи самото използване на аналогови потоци оправдава цената и надеждността. Конверсията обаче трябва да използва специални преобразуватели, които допринасят за енергийния товар и структуратапълнотата на работната платформа. Аналогови MP (обикновено едночипови) изпълняват задачи на стандартни аналогови системи - например, произвеждат модулация, генерират трептения, кодират и декодират сигнала.
На принципа на временната организация на дейността на депутатите се делят на синхронни и асинхронни. Разликата е в характера на сигнала преди началото на новата операция. Например, в случай на синхронно устройство, такива команди осигуряват контролни модули независимо от изпълнението на текущите операции. В случай на асинхронни МП, подобен сигнал може да се приложи автоматично след приключване на предишната операция. За да направите това, в логическата структура на микропроцесора асинхронен тип осигурява електронна схема, която осигурява работата на отделните компоненти в офлайн режим, ако е необходимо. Сложността на осъществяването на такъв начин на организиране на работата на МП се дължи на факта, че не винаги е така при завършването на една операция, че има достатъчно един или друг ресурс за започване на следващата. Паметта на процесора обикновено се използва като връзка за управление на приоритети при избора на по-нататъшни операции.

Микропроцесори с общо и специално предназначение

Основната област на приложение на МПС с общо предназначение са работни станции, персонални компютри, сървъри и електронни устройства, предназначени за масово използване. Тяхната функционална инфраструктура се фокусира върху широк спектър от задачи, свързани с обработката на информация. Тези устройства са разработени от SPARC,Intel, Motorola, IBM и други.

Специализирани микропроцесори, чиито характеристики и структура са изградени на базата на мощни контролери, осъществяват сложни процедури за обработка и преобразуване на цифрови и аналогови сигнали. Това е доста разнообразен сегмент, в който са представени хиляди конфигурации. Особеностите на структурата на МП от този тип включват използването на един кристал като основа за централния процесор, който от своя страна може да бъде свързан с голям брой периферни устройства. Те включват средства за вход /изход, блокове с таймери, интерфейси, аналогово-цифрови преобразуватели. Съществува и практика за свързване на специализирани устройства като генератори на сигнали за ширина на импулса. Поради използването на вътрешна памет такива системи имат малък брой допълнителни компоненти, които поддържат работата на микроконтролера.

Характеристики на микропроцесора

Работните параметри определят обхвата на задачите на устройството и набор от компоненти, които по принцип могат да се използват в специфична структура на микропроцесора. Основните характеристики на МП могат да бъдат представени, както следва:

Часова честота. Определя броя на елементарните операции, които системата може да извърши за 1 сек. и изразени в MHz. Въпреки различията в структурата, различните депутати извършват сходни задачи предимно, но във всеки случай изисква индивидуално време, което се показва в броя на циклите. MP е по-мощен, колкото повече процедури може да изпълни в рамките на една единица време.

Бит. Брой двоични дискове, които устройството може да изпълни едновременно. Определете малко гуми, скорост на предаване на данни и вътрешни регистри и др.

Обемът на кеш паметта. Тази памет е включена във вътрешната структура на микропроцесора и винаги работи на граничните честоти. Във физическото представяне той е кристал, разположен на главния чип на MP и свързан с ядрото на микропроцесорната шина.

Конфигурация. В този случай става въпрос за организиране на команди и методи за адресиране. На практика един тип конфигурация може да означава възможност за комбиниране на процесите на изпълнение на множество команди едновременно, режимите и принципите на работа на МП и наличието на периферни устройства в базовата система на микропроцесора.

Архитектура на микропроцесора

Като цяло, IP е универсален обработващ информация, но в някои области на неговата работа често се изискват специални конфигурационни конфигурации на неговата структура. Архитектурата на микропроцесорите отразява спецификата на приложението на даден модел, причинявайки характеристиките на хардуера и софтуера, интегрирани в системата. По-конкретно, езикът може да се отнася до предназначените оперативни устройства, програмни регистри, режими на адресиране и набори от команди.
При представянето на архитектурата и характеристиките на операциите на IP често се използват схемите на устройствата и взаимодействията на наличните програмни регистри, които съдържат контролна информация и операнди (данни, които се обработват). Следователно в модела на регистъра има група от регистри на услуги, както и сегменти за съхранениеоперанди с общо предназначение. На тази основа се определят начина на изпълнение на програмите, схемата на организация на паметта, начина на работа и характеристиките на микропроцесора. Структурата с общо предназначение, например, може да включва програмен брояч, както и регистри на състоянието и контрол на режимите на работа на системата. Работният процес на подреждането в контекста на архитектурната конфигурация може да бъде представен като модел на регистърни прехвърляния, осигуряване на адресиране, избор на операнди и команди, препращане на резултати и др. ,

Обща информация за структурата на микропроцесорите

В този случай структурата трябва да бъде разбрана не само от комплекта компоненти на работната система, но и от средствата за комуникация между тях, както и от устройства, които осигуряват тяхното взаимодействие. Както и при функционалната класификация, съдържанието на структурата може да бъде изразено чрез трите напускащи - оперативното съдържание, средствата за комуникация с автобуса и управленската инфраструктура. Устройството работи част дефинира естеството на декодиране команди и обработка на данни. Този комплекс може да включва функционални блокове с аритметична логика, както и резистори за временно съхраняване на информация, включително състоянието на микропроцесора. В логическата структура се приема, че се използват 16-битови резистори, които изпълняват не само логически и аритметични процедури, но и офсетни операции. Работата на регистрите може да бъде организирана по различни начинисхеми, които определят тяхната наличност за програмиста. За да се осигури функцията на батерията, е назначен отделен регистър. Устройството за комуникация с автобуса отговаря за свързването към периферното оборудване. Обхватът на техните задачи включва и реализирането на извадка от данни от паметта и формирането на опашката от команди. Типичната структура на микропроцесора включва указател към IP команди, суматори, сегментни регистри и буфери, които служат за комуникация с адресите на шините. Устройството за управление, от своя страна, генерира контролни сигнали, извършва декриптиране на командата, а също така осигурява работата на изчислителната система, давайки на микрокомпютрите вътрешните операции на МП.

Структура на основата MP

Опростената структура на този микропроцесор осигурява две функционални части:

Оперативна. Това устройство включва управление и обработка на данни, както и микропроцесорна памет. За разлика от пълната конфигурация, структурата на базовия микропроцесор елиминира наличието на сегментни регистри. Някои задвижващи механизми са комбинирани в един функционален блок, който също подчертава оптимизирания характер на архитектурата.

Интерфейс. По същество, средствата за комуникация с главната линия. Тази част съдържа вътрешни регистри на паметта и адреси на разширители.

Принципът на мултиплексиране на сигналите често се използва при външните изходни канали на базовите МП. Това означава, че сигналите се предават по общи канали с времево разделяне. В допълнение, в зависимост от текущатаоперационната система на един и същ изход може да се използва за предаване на сигнали от различни цели.

Структурата на микропроцесорните команди

Тази структура до голяма степен зависи от общата конфигурация и естеството на взаимодействието на функционалните блокове на депутатите. Въпреки това, на етапа на проектиране на системата, разработчиците дават възможност да се прилага определен набор от операции, въз основа на които впоследствие формира набор от команди. Най-често срещаните функции на команди включват следното:

Пренос на данни. Командата извършва операции, присвояващи стойностите на операндите на източника и приемника. Тъй като последните, регистрите или клетките на паметта могат да бъдат използвани.

Входно-изходен сигнал. Чрез интерфейсни входно-изходни устройства се предават данни. В съответствие със структурата на микропроцесора и неговото взаимодействие с периферния хардуер и вътрешните блокове, командите са определени адреси на портовете.

Преобразуване на типове. Определя форматите и размерите на използваните операнди.

Прекъсвания. Този тип команди е предназначен да контролира прекъсванията на програмата - например, може да спре функцията на процесора на фона на I /O устройствата.

Организация на циклите. Командите променят стойността на ECX регистъра, който може да се използва като брояч при изпълнение на конкретен програмен код.

Като правило, основните команди налагат ограничения, свързани с възможността за управление на определени обеми памет,едновременно управление на регистрите и тяхното съдържание.

Структура за управление на МР

Системата за управление на МР е базирана на управляващ блок, който е свързан с няколко функционални части:

Сигнален сензор. Определя реда и параметрите на импулсите, разпределяйки ги равномерно във времето върху гумите. Сред характеристиките на работата на сензорите е броят на контактните мрежи и контролните сигнали, необходими за изпълнението на операциите.

Източник на сигнали. Една от функциите на управляващото устройство в структурата на микропроцесора се разпределя за генериране или обработване на сигнали - тоест тяхното превключване в рамките на специфичен такт на определена шина.

Декодер на код на транзакция. Извършва дешифрирането на кодовете на операциите, представени в регистъра на командите в текущия момент. Заедно с определението за активна шина, тази процедура помага да се формира поредица от контролни импулси.

Значението на инфраструктурата за управление има постоянно устройство за съхранение, което съдържа в клетките си сигнали, необходими за извършване на операции по обработка. За отчитане на команди при обработката на импулсни данни може да се използва възел за формиране на адреса - това е необходим компонент на вътрешната структура на микропроцесора, който е включен в интерфейсния блок на системата и ви позволява да четете детайлите на регистрите на паметта със сигнали в пълен размер.

Компоненти на микропроцесора