Čo sú mikroprocesory, dnes každý vie. To je jedna z najzaujímavejších technologických inovácií v elektronike od vzniku tranzistora v roku 1948. Wonder zariadenia nielen odštartoval revolúciu v digitálnej elektroniky, ale aj prenikli takmer do všetkých oblastí života. Používajú sa v komplexných riadiacich riadiacich zariadeniach, dispečerskom riadiacom zariadení, na jednoduchých hracích automatoch a dokonca aj na hračkách.
Čo sú mikroprocesory?
počítače, veľké a nie príliš funkčná (v zjednodušenej forme) môže byť reprezentovaný ako vývojový diagram, ktorý sa skladá z troch hlavných častí:
, centrálnu procesorovú jednotku (CPU), ktorý vykonáva vyžaduje logické a aritmetické operácií, pomocou registrov (mikroprocesorová pamäť) a riadi synchronizáciu a spoluprácu celého systému.
o zariadenia, ktoré sa používajú na poskytnutie údajov do CPU (vrátane spínače, analógovo-digitálne prevodníky, čítačka pamäťových kariet, klávesnica, pevný disk a pod. D.) a výstup výsledky výpočtov (LED, displeje, digitálne analógové prevodníky, tlačiarne, plotre, komunikačné linky atď.). Takže subsystém I /O umožňuje počítaču komunikovať s vonkajším svetom. Takéto zariadenia sa tiež nazývajú periférne zariadenia.
Pamäť, v ktorej sú uložené príkazy (program) a údaje. Zvyčajne sa skladá z pamäte RAM (pamäť s náhodným prístupom) a ROM (permanentná, určená len prečítanie).
Mikroprocesor je integrovaný obvod navrhnutý tak, aby fungoval ako procesor mikropočítača.
Princíp činnosti
Účelom mikroprocesora je čítať každý pamäťový príkaz, jeho dekódovanie a vykonanie. Procesor spracováva údaje v súlade s programovými pokynmi vo forme logických a aritmetických operácií. Informácie sa extrahujú z pamäte alebo pochádzajú zo vstupného zariadenia a výsledok spracovania je uložený v pamäti alebo dodaný na príslušné výstupné zariadenie podľa pokynov. To sú mikroprocesory. Na vykonávanie týchto funkcií majú rôzne funkčné bloky. Takáto vnútorná alebo organizačná štruktúra CPU, ktorá určuje jej prácu, sa nazýva jeho architektúra.
Typický mikroprocesorový obvod je uvedený na obrázku nižšie.
Pneumatiky
Mikropočítač pracuje s binárnym kódom. Binárne informácie sú reprezentované binárnymi číslicami, nazývanými bity. Skupina bitov tvorí strojové slovo (ich počet závisí od konkrétnej implementácie). Spoločné veľkosti slov sú 4812 1632 a 64 bitov. Bajt a polobajt predstavujú súbor 8 a 4 bitov. Pneumatiky spájajú rôzne jednotky zariadenia a umožňujú im výmenu strojových slov. Vyrábajú sa ako samostatný vodič pre každý bit, ktorý umožňuje naraz vymieňať všetky číslice strojového slova. Spracovanie informácií v procesore sa vyskytuje aj paralelne. Pneumatiky sa teda môžu považovať za prenosové vedenia. Ich šírka závisí od počtu komponentov ich signalizácielinky. Pre adresy zbernice procesora vyšle adries IO zariadenia alebo pamäťovej bunky, ktoré chcú prístup. Táto adresa je akceptovaná všetkými zariadeniami pripojenými k procesoru. Ale iba osoba, ktorej bola žiadosť adresovaná, reaguje na to. Dátová zbernica slúži na odosielanie a prijímanie informácií zo vstupných /výstupných zariadení a pamäte vrátane príkazov. Je zrejmé, že je obojsmerný a adresa je jednosmerná. Riadiaca zbernica sa používa na prenos a príjem riadiacich signálov medzi mikroprocesorom a rôznymi prvkami systému.
aritmetickú logickú jednotku a vnútorné registre
Ide o kombinačné sieť, ktorá vykonáva všetky logické a aritmetické operácie na dáta. Mikroprocesor obvykle obsahuje niekoľko registrov. Používajú sa na dočasné ukladanie príkazov, údajov a adries počas vykonávania programu. Napríklad, mikroprocesor Intel 8085 je 8-bitový akumulátor (ACC), jún 8-bitové všeobecné registre (B, C, D, E, H a L), 8-bitové inštrukcie register (IR), ktorá ukladá vykonané ďalšie návody, 16-bitový programový čítač rieši nasledujúci príkaz, ktorý musí byť vybraný z pamäťovej IR, 16-bit ukazovateľ zásobníka, registrovať vlajkových signálov splnenia určitých podmienok vyplývajúcich počas vykonávania aritmetických a logických operácií, a iní špeciálne registre pre interné procesy, prístup k nim v programátore neexistuje.
dekodéra, správu napájania a pamäť
dešifruje každého príkazu a ovládacie prvky a vonkajšievnútorné bloky, zabezpečenie správnej logiky systému. Zariadenia na ukladanie polovodičov sú potrebné na uloženie príkazov, údajov a výpočtových výsledkov. Program je uložený v pamäti pripojenej k mikroprocesoru cez adresovú zbernicu a dátovú zbernicu a ovládanie (ako I /O zariadenia).
Rozhranie
Ak je potrebné pripojiť jedno alebo viacero vstupno-výstupných zariadení k CPU, je potrebné príslušné rozhranie. Vykonáva nasledujúce 4 funkcie:
vyrovnávacie pamäť, potrebné na zabezpečenie kompatibility mikroprocesora a periférie;
dekódovanie adresy na výber jedného z viacerých I /O zariadení pripojených k systému;
dekódovacie príkazy potrebné na vykonávanie iných funkcií ako prenosu údajov;
synchronizácia a riadenie všetkých funkcií uvedených vyššie.
Prenos informácií
Výmena údajov medzi periférnym zariadením a mikropočítačom sa týka buď ich programového prenosu alebo priameho prístupu k pamäti. V prvom prípade stiahnutý program požaduje vstupný /výstupný systém na prenos dát z alebo do mikroprocesora. Informácie zvyčajne vstupujú do batérie, aj keď môžu byť zapojené aj iné interné registre. Programovanie sa zvyčajne používa pri odosielaní malých množstiev údajov na pomalých vstupno-výstupných zariadeniach, ako sú periférne multiplikátory, periférne ALU atď. V takýchto prípadoch je prenos obvyklepovedané slovami.
Priamy prístup k pamäti alebo cyklom snímania je riadený periférnym zariadením. Okrem toho systém I /O násilne odďaľuje mikroprocesorový robot až do dokončenia prenosu. Pretože proces je riadený hardvérom, rozhranie je komplikovanejšie ako je potrebné na programový prenos dát. Používa ak je to nutné poslať veľký blok dát, ako sú periférne úložiskách, ako sú diskety vysoké čitateľa.
Zariadenia rozhrania
Na vývoj používateľských rozhraní je k dispozícii veľký hardvér. To zahŕňa multiplexory a demultypleksorы, ovládače riadku a prijímača, pufre, stabilné a monostabylnыe multivibrátor spúšťajú blokovací hradlové obvody, posuvné registre, a tak ďalej. D. K dispozícii je viac komplexné programovateľné rozhranie, funkcie, ktoré možno zmeniť tím mikroprocesor. Tieto rozhrania môžu byť všeobecné alebo špeciálne.
Programovacie jazyky
Vzhľadom k tomu, počítač môže ukladať a spracovávať informácie binárne povel za to, že auto by mali byť zastúpené v binárnom formáte. V tomto formulári je program v strojovom jazyku. V assemblerovom jazyku sú príkazy vrátane pamäťových miest reprezentované alfanumerickými znakmi nazývanými mnemonika. V porovnaní s jazykom stroja ich používanie uľahčuje písanie programov. Ak je však program napísaný v takom mnemotechnickom jazyku, mal by byť preložený do inštrukcie,ktoré sú pre zariadenie pochopiteľné, aby mohli byť uložené a vykonávané mikropočítačom. Jeden príkaz assemblera sa vysiela v jedinom príkaze jazyka stroja. Písanie aplikácií na assembleri je veľmi únavné a trvá veľa času. Preto sa rozšírené jazyky na vysokej úrovni, ako sú Fortran, Cobol, Algol, Pascal, ktoré potom môžu preložiť do strojového jazyka. V tomto prípade sa jeden operátor zvyčajne stretáva s niekoľkými pokynmi v jazyku stroja.
Súbor príkazov mikropočítača
Hlavné charakteristiky mikroprocesora sú tiež stanovené sériou inštrukcií. Zvyčajne sa skladá z piatich skupín:
skupina prenosu údajov. Tieto príkazy pomáhajú presúvať informácie medzi registrami vnútri mikroprocesora, medzi pamäťou a registračnými alebo pamäťovými bunkami.
Aritmetická skupina umožňuje zostavovať, odčítať, zvyšovať alebo znižovať dáta v pamäti alebo registroch (napríklad kompilovať obsah dvoch registrov CPU).
Logická skupina sa používa pre operácie I, OR, s výnimkou OR, porovnanie, cyklický posun, pridanie údajov do pamäte alebo registrov (napríklad na preskočenie obvodu alebo obsahu dvoch mikroprocesorových registrov).
Skupina vetvenia zahŕňa bezpodmienečné a podmienené prechody, volanie podprogramov a návrat z nich. Podmienené pokyny slúžia na zaistenie toho, aby sa konkrétna operácia vykonala iba vtedy, ak je splnená určitá podmienka (napríklad ak chcete prejsť na konkrétny príkaz, keď je výsledok posledného výpočtu nula). Poskytujú príležitosť samotnému programu akceptovaťriešenie.
Skupina stohu, O a mikroprocesorové riadenie umožňuje prenos dát medzi procesorom a periférií, manipuluje stoh a mení príznaky vnútornej kontroly. Tieto príkazy umožňujú programátor pre zastavenie zariadenia, prenesie do stavu vypnutia, zapnúť alebo vypnúť systém preruší, a tak ďalej. D.
inštrukcií uložených spoločne s dátami v pamäti môže byť až do 1 alebo viacerých bajtov. Dlhé príkazy sú uložené v sériových pamäťových bunkách a adresa prvého bajtu sa vždy používa ako adresa celého príkazu. Okrem toho prvý bajt je vždy kód transakcie.
Chronológia
To je mikroprocesor, sa svet dozvedel v roku 1971, keď prvá americká spoločnosť Intel oznámila Intel 4004. To bolo vykonané na jedinom čipe a bola 4 bitov (teda pracovať súčasne 4 bity dát). Inšpirovaní úspechom 4004, Intel predstavil Intel vylepšenú verziu 4040. Mnoho ďalších firiem sa tiež oznámila 4-bitové mikroprocesory. Napríklad Rockwell International PPS4 NEC? COM 4 a Toshiba T3472. Prvý 8-bitový procesor bol zavedený v roku 1973 tou istou spoločnosťou. Bolo to Intel 8008, po ktorom nasledovala vylepšená verzia 8030. Niekoľko ďalších výrobcov nasledovalo tento príklad. Najznámejšie 8-bitový mikroprocesor Intel 8085 boli Motorola M6800 NEC? COM85AF, National * SC /MP, Z80 a Fairchild F8. Potom tam boli 12 - a 16-bit PROCESSORS. Ako príklady možno uviesť prvý IM Intersil 6100 a Toshiba T3190 a druhá - Intel Texas Instruments TMS 8086 9940 a 9980 9440 Fairchild Motorola M68000 Zilog Z670. Zmeny charakteristík mikroprocesora od roku 1971 boli zamerané na zlepšenie architektúry,súbor príkazov, zvýšenie rýchlosti, zjednodušenie požiadaviek na napájanie a zvýšenie objemu pamäte a prostriedky vstupu a výstupu v jednom čipu. Prvé typy mikroprocesorov (400440408008) boli založené na technológii PMOS, ktorá kvôli obmedzeniam rýchlosti ustúpila do NMOS. Ďalšie technológie zahŕňajú CMOS, TTL, DTL, RTL.
