Практически всегда структура МПС является магистрально-модульной. В такой структуре имеется группа магистралей (шин), к которым подключаются различные модули (блоки), обменивающиеся между собой информацией поочередно, в режиме разделения времени.
Термин "шины" относится к совокупности цепей (линий), число которых определяет разрядность шины.
Типична 3-шинная структура МПС с шинами адресов ША, данных ШД и управления ШУ. Наряду с русскими терминами применяются английские АВ (Address Bus), DB (Data Bus) и СВ (Control Bus).
Структура МПС с простым МП от Intel, который имеет мультиплексируемую шину адресов/данных.
После передачи младшего байта адреса шина AD7-0 отдается для передачи данных. Эти передачи двунаправлены, направление задается сигналом RD.. При активном состоянии сигнала чтения RD (Read) данные передаются справа налево, при пассивном - в обратном направлении. К шине данных подключены информационные выводы всех модулей МПС.
Микропроцессор МП. Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда задает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в ней операндах. После приема команды происходит ее расшифровка и выполнение, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти или внешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства (порты) имеют номера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.
Генератор Г задает МП тактовые импульсы. По каждому МП выполняет команду.
Однонаправленная адресная шина ША. По ней МП посылает адреса, определяя объект, с которым будет обмен.
Ддвунаправленная шина данных ШД. По ней МП обменивается данными с модулями (блоками) системы.
Шина управления ШУ. По ней идет обмен управляющей информацией.
Постоянное запоминающее устройство - ПЗУ (ROM – Read Only Memory) хранит фиксированные программы и данные, оно является энергонезависимым и при выключении питания информацию не теряет.
Оперативное запоминающее устройство - ОЗУ (RAM - Random Access Memory) хранит оперативные данные (изменяемые программы, промежуточные результаты вычислений и др.), является энергозависимым и теряет информацию при выключении питания. Для приведения системы в работоспособное состояние после включения питания ОЗУ следует загрузить необходимой информацией.
Интерфейс управления ИУ. Осуществляет взаимодействие с устройствами ввода-вывода (УВВ) или внешними устройствами (ВУ) - техническими средствами для передачи данных извне в МП или память либо из МП или памяти во внешнюю среду. Для подключения ВУ необходимо привести их сигналы, форматы слов, скорость передачи и т. п. к стандартному виду, воспринимаемому данным МП. Это выполняется специальными блоками, называемыми адаптерами (интерфейсными блоками ввода-вывода). Интерфейсом называют совокупность аппаратных и программных средств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.
Кроме обозначенных блоков, в состав систем входят обычно и более сложные, чем адаптеры, блоки управления внешними устройствами - контроллеры. К их числу относятся контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, клавиатуры, дисплея, дисковой памяти и т. д.
Контроллеры прерываний обеспечивают обмен с внешними устройствами в режиме прерывания (временной остановки) выполняемой программы для обслуживания запроса от внешнего устройства.
Контроллеры прямого доступа к памяти обслуживают режим прямой связи между внешними устройствами и памятью без участия МП. При управлении обменом со стороны МП пересылка данных между внешними устройствами и памятью происходит в два этапа — сначала данные принимаются МПом, а затем выдаются им на приемник данных. В режиме прямого доступа к памяти МП отключается от шин системы и передает управление ими контроллеру прямого доступа, а передачи данных осуществляются в один этап — непосредственно от источника к приемнику.
В состав МПС часто входят также программируемые таймеры, формирующие различные сигналы (интервалы, последовательности импульсов и т. д.) для проведения операций, связанных со временем.
В современных МП системах используются наборы микросхем (Chip sets), которые соединяют компонеты:
Северный мост для связи МП с памятью.
Южный мост для ввода-вывода.
4.1.Суперскалярная архитектура.Для того чтобы пояснить этот термин, поясним
вначале термин- конвейеризация вычислений. Конвейер специальное устройство, реализующее такой метод обработки команд внутри МП, при котором исполнение команд разбивается на несколько этапов. i486 имеет пятиступенчатый конвейер.
Соответствующие пять этапов включают:
-выборку команд из кэш памяти или из оперативной памяти;
-декодирование команд;
-генерацию адреса, при которой определяются адреса операндов в памяти;
-выполнение операции с помощью АЛУ;
- запись результата.
Таким образом, на стадии выполнения каждая машинная команда разбивается на более элементарные операции. Очередная команда после её выборки попадает в блок декодирования. Таким образом, блок выборки свободен и может выбрать следующую команду. В результате на конвейере могут находиться в различной стадии выполнения пять команд. Скорость вычисления в результате существенно возрастает. Микропроцессоры, имеющие один конвейер называются склярными. Pentium имеет два конвейера, а Pentium Pro-три, поэтому эти микропроцессоры называются суперсклярными.
