Ľudstvo urobilo obrovskú cestu k vytvoreniu počítačov, bez ktorých nemožno predstaviť modernú spoločnosť so všetkými aspektmi jej života v oblastiach priemyslu, národného hospodárstva a domácich spotrebičov. Aj napriek tomu sa nedosiahol ani pokrok, ktorý by otvoril nové formy počítačovej automatizácie. V centre technologického vývoja je už niekoľko desaťročí štruktúra mikroprocesora (MP), ktorá sa zlepšuje vo svojich funkčných a štrukturálnych parametroch.

Koncepcia mikroprocesora

Vo všeobecnosti je koncept mikroprocesora reprezentovaný ako softvérové ​​zariadenie alebo systém založený na veľkom integrovanom obvode (LIS). Pomocou MP sa vykonávajú operácie spracovania údajov alebo správy systému, spracovanie informácií. V počiatočných štádiách vývoja IP boli založené na samostatných nízkofunkčných mikroobvodoch, v ktorých boli prítomné tranzistory v množstvách od niekoľkých stoviek do stoviek. Najjednoduchšia typická mikroprocesorová štruktúra by mohla obsahovať skupinu mikroobvodov s bežnými elektrickými, štrukturálnymi a elektrickými parametrami. Takéto systémy sa nazývajú mikroprocesorová súprava. Spolu s poslancami by mohol jeden a ten istý systém pozostávať aj z pevných a prevádzkových pamäťových zariadení, ako aj z riadiacich jednotiek a rozhraní pre pripojenie externých zariadení - opäť s kompatibilnou komunikáciou. Vďaka koncepcii mikroprocesorov bola doplnená mikroprocesorová zostava


Mikroprocesor sa v súčasnosti čoraz viac považuje za samostatné zariadenie v kontexte praktickej aplikácie. Funkčná štruktúra a princíp mikroprocesora už vo fáze návrhu sú riadené použitím výpočtového zariadenia, ktoré je určené na vykonávanie série úloh spojených s vykonávaním spracovania a riadenia informácií. Kľúčovým odkazom v procese organizácie práce mikroprocesorového zariadenia je regulátor, ktorý slúži na konfiguráciu riadenia a spôsoby interakcie výpočtového jadra systému s externým zariadením. Ako medzipriestor medzi riadiacou jednotkou a mikroprocesorom je možné zvážiť integrovaný procesor. Jeho funkčnosť je zameraná na riešenie pomocných úloh, ktoré priamo nesúvisia s vymenovaním hlavného MP. Môžu to byť najmä sieťové a komunikačné funkcie, ktoré zabezpečujú prácu mikroprocesorového zariadenia.

Zatriedenie mikroprocesorov

Aj v najjednoduchších konfiguráciách MP existuje veľa technických a prevádzkových parametrov, ktoré možno použiť na klasifikáciu funkcií. Na odôvodnenie základných úrovní klasifikácie sa zvyčajne rozlišujú tri funkčné systémy - operačné, rozhranie a kontrola. Každé z týchto pracovných priestorov poskytuje aj množstvo parametrov a charakteristických vlastností, ktoré určujú povahu prevádzky zariadenia. Z hľadiska typickéhoštruktúra mikroprocesorovej klasifikácie na prvom mieste rozdelí zariadenie na multikryštálové a jednokryštalové modely. Prvé z nich sú charakterizované tým, že ich pracovné jednotky môžu pracovať nezávisle a vykonávať určité príkazy vopred. A v tomto príklade vyslovuje MP, v ktorom je dôraz kladený na funkciu. Takéto procesory sa zameriavajú na spracovanie údajov. V tejto skupine môžu napríklad trikryštalické mikroprocesory byť manažérmi a čelom. To neznamená, že neexistuje žiadna funkčná funkcia, ale na optimalizáciu väčšiny komunikačných a energetických zdrojov je priradená úloha generovania mikropočítačov alebo interoperability s periférnymi systémami.
Pokiaľ ide o jednočipové MP, sú vyvinuté s pevnou sadou príkazov a kompaktným umiestnením všetkých hardvérov na jednom jadre. Pokiaľ ide o funkčnosť, štruktúra mikroprocesora s jedným kryštálom je pomerne obmedzená, hoci spoľahlivejšia ako segmentové konfigurácie viackryštalických analógov. Ďalšia dôležitá klasifikácia sa týka výkonu rozhrania mikroprocesorov. Hovoríme o spôsoboch spracovania prichádzajúcich signálov, ktoré sú naďalej rozdelené na digitálne a analógové. Hoci samotné procesory sú digitálne zariadenia, v niektorých prípadoch samotné použitie analógových prúdov odôvodňuje cenu a spoľahlivosť. Konverzia by však mala používať špeciálne konvertory, ktoré prispievajú k energetickej záťaži a konštrukciiplnosť pracovnej platformy. Analógový MP (zvyčajne čip) vykonávať úlohy štandardné analógové systémy - napríklad vyrobiť modulácia generovať vibrácie, kódovanie a dekódovanie signálu.
Princíp činnosti MP časovej organizácie delia na synchrónne a asynchrónne. Rozdiel spočíva v charaktere signálu pred začiatkom novej operácie. Napríklad v prípade súčasného zariadenia slúžia nasledujúce ovládacie príkazy moduly bez ohľadu na aktuálnu výkonnosti. V prípade asynchrónnych MP možno podobný signál aplikovať automaticky po dokončení predchádzajúcej operácie. Pre túto logickú štruktúru asynchrónneho typu mikroprocesora predpokladá elektronický obvod, ktorý poskytuje jednotlivé zložky v režime offline v prípade potreby. Zložitosť vykonávanie tohto spôsobu organizácie MP je skutočnosť, že tam je vždy čas dokončenie jednej operácie je dosť niektorých zdrojov pre začatie ďalšie. Pamäť CPU sa zvyčajne používa ako odkaz na riadenie priorít pri výbere ďalších operácií.

Mikroprocesory všeobecného a špeciálneho určenia

Hlavnou náplňou MP je univerzálny pracovné stanice, osobné počítače, servery a elektronické prístroje pre masové využitie. Ich funkčná infraštruktúra sa zameriava na širokú škálu úloh týkajúcich sa spracovania informácií. Tieto zariadenia sú vyvinuté spoločnosťou SPARC,Intel, Motorola, IBM a ďalšie.

Špecializované mikroprocesory, ktorých vlastnosti a štruktúra je postavená na základe výkonných regulátorov, vykonávajú komplexné postupy spracovania a transformácie digitálnych a analógových signálov. Ide o pomerne rôznorodý segment, v ktorom sú reprezentované tisícky konfigurácií. Zvláštnosti štruktúry MP tohto typu zahŕňajú použitie jedného kryštálu ako základne pre centrálny procesor, ktorý môže byť zase spojený s veľkým počtom periférnych zariadení. Patria medzi ne prostriedky vstupu /výstupu, bloky s časovačom, rozhrania, analógovo-digitálne meniče. Existuje tiež prax spojenia špecializovaných zariadení, ako sú generátory signálov šírky impulzu. V dôsledku použitia vnútornej pamäte takéto systémy majú malý počet pomocných komponentov, ktoré podporujú prácu mikrokontroléra.

Vlastnosti mikroprocesora

Prevádzkové parametre určujú rozsah úloh zariadenia a súbor komponentov, ktoré sa môžu v zásade používať v špecifickej mikroprocesorovej štruktúre. Hlavné charakteristiky MP môžu byť reprezentované nasledovne:

Frekvencia hodín. Určuje počet základných operácií, ktoré systém môže vykonávať za 1 sekundu. a vyjadrené v MHz. Napriek rozdielom v štruktúre, rôzni poslanci vykonávajú predovšetkým podobné úlohy, ale v každom prípade si vyžadujú individuálny čas, ktorý sa zobrazuje v počte cyklov. MP je výkonnejší, tým viac postupov môže vykonať v rámci jednej časovej jednotky.

Bit. Počet binárnych diskov, ktoré môže zariadenie súčasne vykonávať. Priraďte trochu pneumatík, rýchlosti prenosu údajov a interné registre atď.

Objem pamäte vyrovnávacej pamäte. Táto pamäť je zahrnutá vo vnútornej štruktúre mikroprocesora a vždy pracuje na limitných frekvenciách. Vo fyzickom zobrazení je to kryštál umiestnený na hlavnom čipu MP a pripojený k jadru mikroprocesorovej zbernice.

Konfigurácia. V tomto prípade ide o organizovanie príkazov a metód adresovania. Prakticky typ konfigurácie môže znamenať možnosť kombinácie procesov vykonávania viacerých príkazov súčasne, režimov a princípov fungovania MP a prítomnosti periférnych zariadení v základnom systéme mikroprocesora.

Architektúra mikroprocesora

Celkovo je IP univerzálnym informačným prostriedkom, ale v niektorých oblastiach jeho činnosti sú často potrebné špeciálne konfiguračné konfigurácie jeho štruktúry. Architektúra mikroprocesorov odráža špecifiká použitia konkrétneho modelu, čo spôsobuje vlastnosti integrovaného hardvéru a softvéru do systému. Konkrétne sa jazyk môže týkať plánovaných operačných zariadení, programových registrov, režimov adresovania a súborov príkazov.
Pri prezentácii architektúry a funkciách prevádzky IP často používajú schémy zariadení a interakcie dostupných programových registrov, ktoré obsahujú riadiace informácie a operandy (spracovávané údaje). Následne v registrovom modeli existuje skupina servisných registrov, ako aj segmenty na ukladanieoperandy všeobecného účelu. Na tomto základe sa určuje prostredníctvom programov, prevádzka chárt Organizácia pamäte a vlastnostiach mikroprocesora. Všeobecne použiteľná MP štruktúra môže napríklad obsahovať počítadlo programov, ako aj registre stavu a riadenie režimov prevádzky systému. Pracovný postup usporiadanie v rámci architektonického usporiadanie môže byť reprezentovaný ako model register peresylok poskytuje riešenie, výber operandmi a príkazov zasielanie výsledkov, a tak ďalej. D. realizácie rôznych príkazov, bez ohľadu na miesto určenia bude mať vplyv na stav registra, ktorého obsah zodpovedá súčasnému stavu procesora ,

Všeobecná štruktúra mikroprocesorov

V tomto prípade je konštrukcia je potrebné chápať nielen sadu komponentov pracovný systém, ale aj prostriedky pre spojenie medzi nimi, ako aj prostriedky na zabezpečenie ich spolupráce. Ako funkčné klasifikáciu, obsah štruktúra môže byť vyjadrená v troch listoch - operatívne obsahu, komunikáciu s autobusom a kontrolné infraštruktúry. Prídržná časť zariadenia definuje povahu dekódovacích príkazov a spracovanie údajov. V tomto komplexe môže obsahovať aritmetické logické funkčné bloky a rezistory pre dočasné uloženie informácií, vrátane stavu mikroprocesora. V logickej štruktúre poskytuje použitie 16-bitové odpory, vykonáva nielen logické a aritmetické postupy, ale tiež posun operácie. Prácu registrov možno organizovať rôznymi spôsobmischémy, ktoré určujú ich dostupnosť pre programátora. Na zabezpečenie funkcie batérie je priradený samostatný register. Zariadenie na komunikáciu so zbernicou je zodpovedné za pripojenie k periférnym zariadeniam. Rozsah ich úloh zahŕňa aj realizáciu vzorky dát z pamäte a vytvorenie frontu príkazov. Typická štruktúra mikroprocesora obsahuje ukazovateľ na príkazy IP, agregátory adderov, segmentové registre a vyrovnávacie pamäte, ktoré slúžia na komunikáciu so zbernicovými adresami. Riadiace zariadenie zase vytvára riadiace signály, vykonáva dešifrovanie príkazu a tiež zabezpečuje prevádzku výpočtového systému, pričom mikropočítačom poskytuje vnútorné operácie MP.

Štruktúra základne MP

Zjednodušená štruktúra mikroprocesora poskytuje dve funkčné časti:

Prevádzková. Táto jednotka zahŕňa správu a spracovanie dát, ako aj pamäť mikroprocesora. Na rozdiel od plnej konfigurácie štruktúra základného mikroprocesora eliminuje prítomnosť segmentových registrov. Niektoré ovládače sú kombinované do jedného funkčného bloku, ktorý tiež zdôrazňuje optimalizovaný charakter architektúry.

Rozhranie. V podstate prostriedky komunikácie s hlavnou líniou. Táto časť obsahuje registre internej pamäte a adder adresy.

Princíp multiplexovania signálov sa často používa na externých výstupných kanáloch základných MP. To znamená, že signály sa prenášajú cez bežné kanály s časovým rozdelením. Okrem toho, v závislosti od aktuálnehooperačný systém toho istého výstupu môže byť použitý na prenos signálov na rôzne účely.

Štruktúra mikroprocesorových príkazov

Táto štruktúra je do značnej miery závislá od všeobecnej konfigurácie a charakteru interakcie funkčných blokov MP. Avšak vo fáze návrhu systému vývojári mali príležitosť uplatniť určitú škálu operácií, na základe ktorých následne vytvorili súbor príkazov. Medzi najbežnejšie funkcie príkazov patria nasledujúce:

Prenos údajov. Príkaz vykonáva operácie priradzujúce hodnoty operandov zdroja a prijímača. Ako posledné môžu byť použité registre alebo pamäťové bunky.

Vstup-výstup. Prostredníctvom vstupných /výstupných zariadení rozhrania sa prenášajú dátové porty. V súlade so štruktúrou mikroprocesora a jeho interakciou s periférnym hardvérom a vnútornými blokmi sú príkazy špecifikované adresy portov.

Konverzia typov. Definuje formáty a rozmerové hodnoty použitých operandov.

Prerušenia. Tento typ príkazov je určený na ovládanie prerušení programu - napríklad môže zastaviť funkciu procesora na pozadí vstupno-výstupných zariadení.

Organizácia cyklov. Príkazy menia hodnotu registra ECX, ktorý sa môže použiť ako počítadlo pri vykonávaní špecifického programového kódu.

Základné príkazy spravidla ukladajú obmedzenia týkajúce sa schopnosti ovládať určité objemy pamäte,súčasná správa registrov a ich obsah.

Štruktúra riadenia MP

Riadiaci systém je založený na jednotkovej správcu MP, ktorý je spojený s niekoľkými funkčných častí:

signálov snímačov. Určuje poradie a parametre impulzov a rovnomerne ich rozdeľuje na pneumatiky. Medzi charakteristiky činnosti senzorov patrí počet trolejových a riadiacich signálov potrebných na vykonanie operácií.

Zdroj signálov. Jednou z funkcií riadiacej jednotky v štruktúre mikroprocesora danej generácii alebo spracovanie signálu - teda ich prepínanie v určitej cykle na konkrétne zbernicu.

Dekodér kódu transakcie. Vykonáva dešifrovanie kódov operácií prítomných v registri príkazov v aktuálnom okamihu. Spolu s definíciou aktívnej zbernice tento postup napomáha tvorbe sekvencie riadiacich impulzov.

Význam riadenia infraštruktúry má zariadenie trvalé úložisko, ktorý obsahuje vo svojich bunkách Signály sú nutné pre vykonanie spracovanie. Pri účte družstva, kedy možno spracovávať údaje pulzný jednotka používa v adresách - nevyhnutnú súčasť vnútornej štruktúry mikroprocesora, čo je systém, jednotka rozhrania a umožňuje čítať informácie z pamäte registruje signály v plnej výške.

Komponenty mikroprocesora

Väčšina funkčných blokov a periférií organizovaných medzi sebou a centrálne čipu MP cez internú zbernicu. Môžete povedať, že ide o trupovú sieťzariadenie, ktoré poskytuje komplexné komunikačné spojenie. Ďalšia vec spočíva v tom, že pneumatika môže mať prvky, ktoré sa líšia vo funkciách, ako sú cesty na prenos údajov, pamäťové bunkové línie a infraštruktúra na zaznamenávanie a čítanie informácií. Povaha interakcie medzi blokmi samotnej zbernice závisí od štruktúry mikroprocesora. K zariadeniam obsiahnutým v zložení MP, okrem pneumatík, patria tieto:

Aritmetické logické zariadenie. Ako už bolo spomenuté, táto súčasť je navrhnutá na vykonávanie logických a aritmetických operácií. Funguje tak číselne, ako aj symbolickými údajmi.

Riadiaca jednotka. Zodpovedný za koordináciu v interakcii rôznych častí MP. Konkrétne tento blok generuje riadiace signály, ktoré sa vysielajú do rôznych modulov strojových zariadení v určitých okamihoch času.

Pamäť mikroprocesora. Používa sa na nahrávanie, ukladanie a vydávanie informácií. Údaje môžu súvisieť s operačnými operáciami počítača a procesmi obsluhujúcimi stroj.

Matematický procesor. Používa sa ako pomocný modul na zvýšenie rýchlosti pri vykonávaní komplexných výpočtových operácií.

Vlastnosti štruktúry koprocesora

Aj v rámci vykonávania typických aritmetických logických operácií nie je dostatočná kapacita bežného MP. Napríklad mikroprocesor nemá schopnosť vykonávať aritmetické príkazy, ktoré zahŕňajú použitie čísel s pohyblivou čiarou. Pre podobné úlohy použite koprocesory v štruktúrektorý má spojiť CPU s niekoľkými poslancami. Zároveň logika samotného zariadenia nemá zásadný rozdiel od základných pravidiel vytvárania aritmetických čipov. Koprocesory vykonávajú typické príkazy, ale v tesnej interakcii s centrálnym modulom. Táto konfigurácia zabezpečuje nepretržité monitorovanie tímových radov na viacerých linkách. Vo fyzickej štruktúry mikroprocesora tohto typu môžu byť použité pre nezávislý modul vstupov a výstupov funkcia je možnosť vybrať si svoje tímy. Avšak pre správne fungovanie systému koprocesory by mal jasne identifikovať výber zdroja tím, koordinovať interakciu medzi modulmi. Koncepcia koprocesorového zariadenia zahŕňa aj konštrukciu generalizovanej mikroprocesorovej štruktúry s vysoko konfigurovateľnou konfiguráciou. Ak ste v predchádzajúcom prípade môžeme hovoriť o nezávislom bloku O s možnosťou výberu svoje vlastné tímy, silne spojený konfigurácia zahŕňa zahrnutie štruktúry nezávislé na procesore, príkaz prúdy kontroly.

Záver

Zásady vytvárania mikroprocesorov prešli určitými zmenami od vzniku prvých výpočtových zariadení. Špecifikácie, návrhy a požiadavky na podporu zdrojov sa dramaticky zmenili, ale všeobecná koncepcia so základnými pravidlami pre organizáciu funkčných blokov bola do značnej miery nezmenená. Napriek tomu môže ovplyvniť budúci vývoj štruktúry mikroprocesorananotechnológie a objavovanie kvantových výpočtových systémov. Dnes sú takéto oblasti považované na teoretickej úrovni, ale veľké korporácie aktívne pracujú na vyhliadkach praktického využitia nových logických schém v inovatívnych technológiách. Napríklad použitie molekulárnych a subatomických častíc nemožno vylúčiť ako možnosť ďalšieho vývoja MP a tradičné elektrické obvody môžu ustúpiť smerom k systémom smerovanej rotácie elektrónov. To umožní vytvorenie mikroskopických procesorov so zásadne novou architektúrou, ktorej výkonové charakteristiky budú mnohonásobne vyššie ako súčasné MP.