· объяснить работу микропроцессора при выполнении простейших программ.
Вопросы.
1. Эволюция микропроцессоров(МП). Основные технические характеристики МП. Классификация МП.
2. Структурная схема МП.
3. Полный цикл работы МП при выполнении команды.
4. Система команд МП.
5. Структурная схема базовой модели микропроцессора фирмы Intel.
Вопрос 1.7.3. Эволюция микропроцессоров(МП). Основные технические характеристики МП. Классификация МП
Микропроцессором (МП) называют полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуется центральный процессор ЭВМ, т.е. совокупность арифметико-логического устройства и центрального устройства управления. В 1969 году компании Intel удалось создать комплект из четырех интегральных микросхем (ИМС) с полным набором элементов характерным для процессора. Длина слова первого МП составляла всего 4 бита. В 1971 г. был выпущен 4-разрядный коммерческий МП Intel 4004, который стал применяться в микрокалькуляторах. Уже в 1972г. появился 8-разрядный МП Intel 8008, а в 1947г. - его улучшенный вариант Intel 8080. Он нашел применение в первых встроенных ЭВМ для управления производственными процессами.
Развитие МП шло по разным направлениям, важнейшим из которых -увеличение разрядности. Подавляющее большинство МП производимых в настоящее являются однокристальными 32-разрядными, за исключением ряда 64-разрядных комплектов. МП характеризуется :
· тактовой частотой;
· разрядностью;
· архитектурой.
Тактовая частота МП (более строго -тактовая частота, при которой способен работать МП) определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в МП. Работа МП синхронизируется импульсами тактовой частоты от задающего генератора. Чем выше тактовая частота МП (при прочих равных условиях), тем выше его быстродействие.
Разрядностью МП называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно. Понятие разрядность включает:
· разрядность внутренних регистров МП;
· разрядность шины данных;
· разрядность шины адреса.
От разрядности шины данных зависит скорость передачи информации между МП и другими устройствами. Разрядность щины адреса определяет адресное пространство МП.
Архитектура МП является емким понятием, имеющим при этом неоднозначное толкование. Архитектурой часто называют организацию МП с точки зрения пользователя.
Можно ограничить рассмотрение архитектуры МП следующими элементами:
· системой команд и способами адресации;
· возможностью совмещения выполнения команд во времени;
· наличие дополнительных устройств и узлов в составе МП;
· режимами работы МП.
Система команд представляет собой совокупность команд, которую способен выполнить МП. Она включает полный спмсок кодов операций, для каждой из которых указывается число операндов и допустимые способы их адресации. Способы адресации определяют технику вычисления адресов ячеек памяти и выполнения операций над адресными регистрами.
В соответствии с составом системы команд различают:
1. МП с CISC-архитектурой (CISC-complex instruction set computer-компьютер со сложной системой команд).
2. МП с RISC-архитектурой (RISC-reduced instruction set computer-компьютер с сокращенной системой команд).
МП с CISC-архитектурой являются традиционными, а их система команд включает большое количество команд для выполнения арифметических и логических операций, rкоманд управления, пересылки и ввода-вывода данных.
Система команд МП с RISC-архитектурой упрощена и сокращена до такой степени, что каждая команда выполняется за единственный такт. Такой подход упростить структуру МП и тем самым повысить его быстродействие.
Некоторые наиболее развитые МП обеспечивают совмещение нескольких последовательно расположенных команд во времени, организуя конвейрную обработку. Эта архитектурная особенность оказывает заметное влияние на скорость выполнения линейных участков программ.
МП поддерживает широкий спектр режимов работы, среди которых:
1. Однопрограммный режим.
2. Многопрограммный режим.
3. Система виртуальных машин.
В однопрограммном режиме в каждый момент времени может находиться в ОЗУ и выполняться только одна пользовательская программа.
В многопрограммный режиме обеспечивается хранение в ОЗУ несколько программ и попеременное их выполнение с той или иной дисциплиной обслуживания, что целесообразно главным образом при возможности совмещения во времени счета в МП и операций ввода-вывода. На основе многопрограммного режима работы МП могут быть организованы однопользовательский многопрограммный, а при наличии соответствующих аппаратных средств - и многопользовательский многопрограммный режим работы ПК. Система виртуальных машин является дальнейшим развитием мультипрограммирования, основной признак которого - возможность одновременной работы нескольких ОС.
