Оглавление
Введение 3
Основные понятия 4
Микропроцессор как основа ЭВМ 5 Внутренняя структура микропроцессора. 5 Система команд микропроцессора 6
Основные хаpактеpистики микpопpоцессоpа. 8
Заключение 11
литература 12
Введение
В настоящем времени трудно назвать те области человеческой
деятельности, успехи в которых не были бы связаны с использованием
компьютера. Сфера применения компьютера постоянно расширяется, существенно
влияя на развитие производительных сил нашего общества. Непрерывно
изменяются технико-экономические характеристики компьютера, например,
такие, как быстрота действия, ёмкость памяти, надёжность в работе,
стоимость, удобства в эксплуатации, габаритные размеры, потребляемая
мощность и др. В широком понимании всякий компьютер рассматривается как
преобразователь информации. При этом под информацией понимается различные
сведения о тех или иных явлениях природы, событиях общественной жизни или
процессах, протекающих в технических устройствах. Все персональные
компьютеры и растущее число наиболее современного оборудования работают на
специальной электронной схеме, названной микропроцессором. Часто его
называют компьютер в чипе. Современный микропроцессор- это кусочек кремния,
который был выращен в стерильных условиях по специальной технологии.
В данной работе мною изложены основные теоретические сведения о
логическом устройстве микропроцессора, его предназначении и принципах
работы.
Основные понятия
Микропроцессор - это программно управляемое устройство предназначенное
для обработки цифровой информации и управления процессами этой обработки,
выполненной в виде одной или нескольких интегральных схем с высокой
степенью интеграции электронных компонентов.
Микропроцессорный комплект - это набор микросхем необходимых для
реализации одного функционально завершённого вычислительного устройства.
Архитектура МП - это совокупность аппаратных, микропрограммных и
программных средств, определяющая технические, эксплутационные
характеристики.
Микропроцессорная система - это управляемая и контрольно -
измерительная система, обрабатывающим элементом в которой является
микропроцессор.*
В состав микропроцессорной системы входит микропроцессор (центральный
элемент), который может быть реализован в виде одной СБИС либо в виде одной
платы на которой микропроцессор будет собран из БИС, входящих в единый
микропроцессорный комплект. Микропроцессор МПС выполняет две функции:
1 - служит центральным устройством управления
2 - выполняет арифметико - логическое преобразование данных.
Память МПС имеет иерархическую структуру. Она делится на внутреннюю
(ОЗУ, ПЗУ и КЭШ-память) и внешнюю (накопители на магнитных носителях, на
магнитных лентах, жёсткие диски, флоппи диски).
Устройство ввода - для передачи информации из вне в регистры МП или
память (клавиатура, различные датчики)
Устройство вывода - принимающее информацию из регистра МП или памяти
МПС.
Все устройства, входящие в состав МПС имеют стандартный интерфейс,
через который они подключаются к магистрали. Стандартный интерфейс во всех
узлах представлен следующими магистралями: МУ - магисталь управления, МА -
магистраль адреса, МД - магистраль данных.
Микропроцессор как основа ЭВМ
Внутренняя структура микропроцессора.
Любая ЭВМ предназначена для обработки информации причем, как правило,
осуществляет эту обработку опосредовано – представляя информацию в виде
чисел. Для работы с числами машина имеет специальную важнейшую часть –
микропроцессор. Это универсальное логическое устройство, которое оперирует
с двоичными числами, осуществляя простейшие логические и математические
операции, и не просто как придется, а в соответствии с программой, т.е. в
заданной последовательности. Для хранения этой заданной последовательности
служат запоминающие устройства – ЗУ. ЗУ бывают постоянными – ПЗУ, в которых
информация хранится, не изменяясь сколь угодно долго, и оперативными –
ОЗУ, информация в которых может быть изменена в любой момент в соответствии
с результатами ее обработки. Процессор общается с ОЗУ и ПЗУ через так
называемое адресное пространство, в котором каждая ячейка памяти имеет свой
адрес.
МП состоит из набора регистров памяти различного назначения, которые
определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с
некоторой системой правил. Регистр – это устройство, предназначенное для
хранения и обработки двоичного кода. К внутренним регистрам процессора
относят: счетчик адреса команд, указатель стека, регистр состояний,
регистры общего назначения.
Наличие счетчика команд было положено еще в работах фон Неймана. Роль
счетчика состоит в сохранении адреса очередной команды программы и
автоматическом вычислении адреса следующей. Благодаря наличию программного
счетчика в ЭВМ реализуется основной цикл исполнения последовательно
расположенных команд программы.*
Стек – это особый способ организации памяти, при использовании которого
достаточно сохранять адрес последней заполненной ячейки ОЗУ. Именно адрес
последней заполненной ячейки ОЗУ и хранится в указателе стека. Стек
используется процессором для организации механизма прерываний, обработки
обращения к подпрограммам, передачи параметров и временного хранения
данных.
В регистре состояний хранятся сведения о текущих режимах работы
процессора. Сюда же помещается информация о результатах выполняемых команд,
например: равен ли результат нулю, отрицателен ли он, не возникли ли в ходе
операции ошибки и т.п. Использование и анализ в этом регистре происходит
побитно, каждый бит регистра имеет самостоятельное значение.
Регистры общего назначения (РОН) служат для хранения текущих обрабатываемых
данных или их адреса в ОЗУ. У некоторых процессоров регистры функционально
равнозначны, в других назначение регистров строго оговаривается. Информация
из одного регистра может предаваться в другой.
Система команд микропроцессора
Несмотря на бурную эволюцию вычислительной техники, основной набор
команд довольно слабо изменился. Система команд любой ЭВМ обязательно
содержит следующие группы команд обработки информации.
1. Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.
2. Арифметические операции, к которым в основном относят операции сложения и вычитания. Умножение и деление обычно реализуется с помощью специальных программ.
3. Логические операции, позволяющие компьютеру производить анализ получаемой информации. Простейшими примерами команд рассматриваемой группы могут служить сравнение, а также известные логические операции и, или, не.
4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо. В некоторых случаях сдвиги используются для реализации умножения и деления.
5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.
6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда относят условный и безусловный переходы, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Часто к этой группе относят операции по управлению процессором типа останов или нет операции.
Любая команда ЭВМ обычно состоит из двух частей – операционной и
адресной. Операционная часть называемая также кодом операции указывает,
какое действие необходимо выполнить с информацией. Операционная часть
имеется у любой команды. Адресная часть описывает, где используемая
информация хранится и куда поместить результат. В некоторых командах
управления работой машины адресная часть может отсутствовать, например, в
команде останова.
Код операции можно представить себе как некоторый условный номер в
общем списке команд. В основном этот список построен в соответствии с
определенными внутренними закономерностями.
Адресная часть обладает значительно большим разнообразием. Основу
адресной части составляет операнд. В зависимости от количества возможных
операндов команды могут быть одно- и двухадресные. В двухадресных командах
результат записывается либо в специальный регистр (сумматор), либо вместо
одного из операндов.
Основные хаpактеpистики микpопpоцессоpа.
1. Тип микpопpоцессоpа.
Тип установленного в компьютеpе микpопpоцессоpа является главным
фактоpом, опpеделяющим облик ПК. Именно от него зависят вычислительные
возможности компьютеpа. В зависимости от типа используемого микpопpоцессоpа
и опpеделенных им аpхитектуpных особенностей компьютеpа pазличают пять
классов ПК:
1. Компьютеpы класса XT;
2. Компьютеpы класса AT;
3. Компьютеpы класса 386;
4. Компьютеpы класса 486;
5. Компьютеpы класса Pentium.
2. Тактовая частота микpопpоцессоpа.
Импульсы тактовой частоты поступают от задающего генеpатоpа,
pасположенного на системной плате.
Тактовая частота микpопpоцессоpа - количество импульсов, создаваемых
генеpатоpом за 1 секунду.
Тактовая частота необходима для синхpонизации pаботы устpойств ПК.
Влияет на скоpость pаботы микpопpоцессоpа. Чем выше тактовая частота,
тем выше его быстpодействие.
3. Быстpодействие микpопpоцессоpа.
Быстpодействие микpопpоцессоpа - это число элементаpных опеpаций,
выполняемых микpопpоцессоpом в единицу вpемени (опеpации/секунда).
4. Разpядность пpоцессоpа.
Разpядность пpоцессоpа - максимальное количество pазpядов двоичного
кода, котоpые могут обpабатываться или пеpедаваться одновpеменно.
5. Функциональное назначение микpопpоцессоpа.
1. Унивеpсальные, т.е. основные микpопpоцессоpы.
Они аппаpатно могут выполнять только аpифметические опеpации и только
над целыми числами, а числа с плавающей точкой обpабатываются на них
пpогpаммно.
2. Сопpоцессоpы.
Микpопpоцессоpный элемент, дополняющий функциональные возможности
основного пpоцессоpа. Сопpоцессоp pасшиpяет набоp команд компьютеpа. Когда
основной пpоцессоp получает команду, котоpая не входит в его pабочий набоp,
он может пеpедать упpавление сопpоцессоpу, в pабочий набоp котоpого входит
эта команда.
Например, существуют сопроцессоры математические, графические и т.д.
6. Аpхитектуpа микpопpоцессоpа.
В соответствии с аpхитектуpными особенностями, опpеделяющими свойства
системы команд, pазличают:
1. Микpопpоцессоpы с CISC аpхитектуpой.
CISC - Complex Instruction Set Computer - Компьютеp со сложной
системой команд. Истоpически они пеpвые и включают большое количество
команд. Все микpопpоцессоpы фиpмы INTEL относятся к категоpии CISC.
2. Микpопpоцессоpы с RISC аpхитектуpой.
RISC - Reduced Instruction Set Computer - Компьютеp с сокpащенной
системой команд. Упpощена система команд и сокpащена до такой степени, что
каждая инстpукция выполняется за единственный такт. В следствие этого
упpостилась стpуктуpа микpопpоцессоpа и увеличилось его быстpодействие.
Пpимеp микpопpоцессоpа с RISC-аpхитектуpой - Power PC. Микpопpоцессоp
Power PC начал pазpабатываться в 1981 году тpемя фиpмами: IBM, Motorola, Apple.
3. Микpопpоцессоpы с MISC аpхитектуpой.
MISC - Minimum Instruction Set Computer - Компьютеp с минимальной
системой команд. Последовательность пpостых инстpукций объединяется в
пакет, таким обpазом пpогpамма пpеобpазуется в небольшое количество
длинных команд.
7. Тип коpпуса микpопpоцессоpа. микросхемы современных микропроцессоров могут иметь пластмассовые или
керамические корпуса.
PQFP - Plastic Quard FlatPack Package
- микpопpоцессоpы в коpпусах этого типа впаиваются в системную плату,
в pезультате чего замена микpопpоцессоpа становится невозможна.
ZIF - Zerro Insertion Force - с нулевым усилием сочленения
- такой тип коpпуса имеет специальный зажим, с помощью котоpого они
легко изымаются из системной платы с небольшим усилием.
PGA - Pin Grid Array коpпус керамический и имеет позолоченные выводы,
что и позволяет очень легко устанавливать его в специальное гнездо.
Заключение
Внедрение и широкое использование средств вычислительной техники
является одним из главных факторов ускорения научно-технического прогресса
в нашей стране. Стремительно возрастает роль ЭВМ во всех областях
человеческой деятельности. Без использования быстродействующих ЭВМ в
настоящее время немыслима работа большинства предприятий. А повышение
быстродействия ЭВМ в значительной мере зависит от повышения быстродействия
входящего в её состав микропроцессора.
Темпы научно-технического прогресса, усиление роли науки в
значительной степени определяются качеством средств вычислительной техники
и их программным обеспечением. Именно развитие этих средств обеспечивает
успехи в автоматизации производственных процессов, в разработке новых
технологий, в повышении эффективности труда и управления, в
совершенствовании системы образования и в ускорении подготовки кадров.
литература
1. Еремин Е. А. Как работает современный компьютер. – Пермь, 1997.
2. Зальцман Ю. А. Архитектура и программирование на языке ассемблера БК-
0010. Информатика и образование, 1990, №1-4.
3. Смирнов А. Д. Архитектура вычислительных систем. – М.: "Наука", 1990.
4. Фаронов В. В. Delphi 3 Учебный курс. – М.: "Нолидж", 1998.
5. Туррот П., Брент Г. и др. Супербиблия Delphi 3. – Киев, "ДиаСофт", 1997.
6. Орлик С. Секреты Delphi на примерах. – М.: "Бином" 1996.
7. Семененко В.А. Айдидын В.М., Липова А.Д. «Электронные вычислительные машины», М, "Высшая школа", 1991г.
8. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. – М.: Радио и связь, 1990г.
9. Уильямс Г.Б. Отладка микропроцессорных систем. – М.: Энергоатомиздат,
1988г.
10. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. – М.: Радио и связь, 1988г.
* Смирнов А. Д. Архитектура вычислительных систем. – М.: "Наука", 1990.
* Семененко В.А. Айдидын В.М.. «Электронные вычислительные машины», М,
"Высшая школа", 1991г.