У 1971 р. фірмою Intel був створений перший мікропроцесор(МП) – і це поклало початок епохи комп’ютеризації. Завдяки МП комп‘ютери стали масовими, загальнодоступними продуктами. Авторами МП є американські інженери ТедХофф, ФредерикоФедина і Стен Мейзор.
Замість того, щоб створювати набір інтегральних мікросхем, кожна з яких виконувала би одну складну функцію, було запропоновано реалізувати універсальну ЕОМ у вигляді одної складної логічної схеми в інтегральному виконанні.
За пройдений час МП пройшли воістину гігантський шлях розвитку. На сьогоднішній день комп’ютеризація є одним з головних напрямків науково-технічного прогресу і концентрованим його виразом. Кількість і якість в країні комп’ютерів, ступінь насичення обчислювальною технікою різних галузей є одним з основних критеріїв економічного і військового потенціалу країни. В МП втілені найновіші досягнення інженерної думки.
У даному розділі розглядається структура і принципи побудови МП, структура і типи команд, способи адресації МП, мова Ассемблер. Детальніше МП вивчається у курсі «Мікрокомп‘ютери в телекомунікаціях».
9.1.Принципи побудови мікрокомп’ютерів(МК)
Поява перших МП дозволила значно змінити технологію проектування і виробництво засобів обчислювальної техніки. Тепер немає необхідності розробляти для одного виробу спеціальну м/сх, замість цього розробляється програма для виконання заданої функції. Перші МП створювались для роботи з 4-х розрядними двійковими числами. З ростом ступеню інтеграції стали випускатися 8-, 16-, 32-х і 40-х розрядні МП. З ростом розрядності збільшується ємність адресованої пам‘яті в під’єднаному до МП запам’ятовуючого пристрою(ЗП). За своїми можливостями сучасні МП наближаються до процесорів середніх ЕОМ і мікро-ЕОМ і називаються мікрокомп’ютер.
Мікрокомп’ютер являє собою сукупність модулів(блоків), реалізованих у вигляді ВІС і з’єднаних між собою за допомогою системних шин.
Системна шина – це сукупність електричних провідників, згрупованих у відповідності з функціональним призначенням сигналів, які по них передаються.
У мікрокомп’ютері МП виконує:
- Обробку інформації;
- Керування потоком і інтерпретацією команд;
- Керування роботою шин.
Функції зберігання інформації виконує запам’ятовуючий пристрій. У нього може входити як постійна так і оперативна пам’ять.
Порти вводу-виводу – це модулі, які здійснюють зв’язок з зовнішніми пристроями. Порти є інтерфейсом між МП і будь-яким зовнішнім пристроєм:
- Зовнішньою пам’яттю для зберігання значних об’ємів інформації;
- Лінією зв’язку;
- Пристроєм друку;
- Клавіатурою і т.п.
Інтерфейс – це пристрій, який дозволяє МК взаємодіяти з зовнішнім пристроєм.
| Шина адрес Шина даних Шина управління
|
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAPFwEd8IA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbERPS2vCQBC+C/6HZYTedFItUqKbUFoK3urr0OOYHZNg djbNrib667uHQo8f33udD7ZRN+587UTD8ywBxVI4U0up4Xj4nL6C8oHEUOOENdzZQ56NR2tKjetl x7d9KFUMEZ+ShiqENkX0RcWW/My1LJE7u85SiLAr0XTUx3Db4DxJlmiplthQUcvvFReX/dVqODUf y+9t+7NBg/2WHwkeht2X1k+T4W0FKvAQ/sV/7o3RsJi/xP3xTXwCmP0CAAD//wMAUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQ SwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQ SwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBleG1s LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA8XAR3wgAAAN0AAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMvZG93 bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAhwMAAAAA "/> L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAUxCh7MUA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPzWvCQBTE70L/h+UVetMXPxCJrlIsBW/169Dja/aZ hGbfxuxqon+9Wyh4HGbmN8xi1dlKXbnxpRMNw0ECiiVzppRcw/Hw2Z+B8oHEUOWENdzYw2r50ltQ alwrO77uQ64iRHxKGooQ6hTRZwVb8gNXs0Tv5BpLIcomR9NQG+G2wlGSTNFSKXGhoJrXBWe/+4vV 8FN9TL+39XmDBtst3xM8dLsvrd9eu/c5qMBdeIb/2xujYTyaDOHvTXwCuHwAAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQBTEKHsxQAAAN0AAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA "/> L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAo8I/m8UA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPT2vCQBTE70K/w/IKvemLUURSV5GWgrf6pwePr9ln Esy+TbOriX56t1DocZiZ3zCLVW9rdeXWV040jEcJKJbcmUoKDV+Hj+EclA8khmonrOHGHlbLp8GC MuM62fF1HwoVIeIz0lCG0GSIPi/Zkh+5hiV6J9daClG2BZqWugi3NaZJMkNLlcSFkhp+Kzk/7y9W w3f9Pjtum58NGuy2fE/w0O8+tX557tevoAL34T/8194YDZN0msLvm/gEcPkAAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQCjwj+bxQAAAN0AAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA "/>
Взаємодія модулів здійснюється за допомогою шини адрес, даних та управління.
Така схема дозволяє описати всі типи машинних операцій:
- Запис даних з МП в ЗП;
- Зчитування МП-ом даних з ЗП;
- Запис даних з МП в пристрій виводу;
- Зчитування даних МП-ом з пристрою вводу ;
- Обробка переривань МП;
- Прямий доступ до пам‘яті під контролем МП;
- Роботу з внутрішніми регістрами МП.
Основні принципи побудови МК
1. Принцип модульної організації
МК будується з набору модулів. Модуль являє собою конструктивно, функціонально, електрично закінчений обчислювальний пристрій, який дозволяє самостійно або в сукупності з іншими модулями вирішувати задачі даного класу.
2. Принцип магістрального обміну інформацією
Полягає в тому, що між модулями організуються регулярні зв’язки, що об’єднують їх входи та виходи.
Магістральні шини:
- Адреси;
- Даних;
- Управління.
Це дозволяє мінімізувати кількість (число) зв’язків між модулями, забезпечити синхронізацію інтерфейсів.
3. Принцип мікропрограмного управління
Полягає в багаторівневій організації програмного управління.
Кожна команда МП подається у вигляді послідовності мікрокоманд, що називаються мікропрограмами. Мікропрограми можуть зберігатися в пам’яті.
Цей принцип забезпечує найбільшу гнучкість при організації багатофункціональних МП-них модулів.
Структурна схема типового МП.
Для побудови використовуються комбінаційні пристрої(шифратори, дешифратори, мультиплексори, демультиплексори і т.д.) а також послідовні сні (регістри, лічильники) і шини для передачі різних сигналів. Конкретні МП можуть відрізнятися один від іншого, але кожен з них містить:
- АЛП – арифметико-логічний пристрій;
- ПУ – пристрій управління;
- Pr – регістри;
- Інтерфейси.
АЛП виконує операції:
- Додавання;
- Віднімання;
- Пересилка;
- Логічне І;
- Логічне АБО;
- Додавання за модулем 2;
- Зсув.
Регістр стану PrC – фіксує признаки операції АЛП і стан МП у кожен момент часу.
Вміст регістра(прапорець) використовується для організації переходів в межах програми у відповідності з заданими умовами.
Акумулятор А – це накопичувальний регістр, призначений для зберігання одного із слів, над якими виконується операція, і проміжних результатів.
Лічильник команд ЛК призначений для визначення адреси наступної за порядком команди в програмі, яка вибирається з ЗП. Команда з ЗП поступає в регістр команд PrK і призначається для формування внутрішніх сигналів управління роботою МП(наприклад, сигналів для АЛП).
Адресна частина команди знаходиться в регістрі адреси PrA і використовується для визначеннямісцязберігання одного ізслів, яке приймає участь в операції, або результату, який треба передати з А за заданою адресою.
Індексні регістри ІPr призначенні для формування адрес ЗП.
Стек– це ЗП, в який інформація передається для запам’ятовування послідовно слова за словом і з якого вона вибирається у порядку, зворотному порядку вводу. Стек формується, як правило, в ЗП, а у МП міститься лише вказівник стеку ВС, у якому зберігається адреса першої вільної комірки в стеку.
Спеціальні регістри загального призначення (РЗП) утворюють внутрішню пам’ять МП, що реалізована у вигляді вузла регістрів.
Регістри вузла з‘єднуються з іншими внутрішніми вузлами МП за допомогою шин.
РЗП застосовуються також і для зберігання оброблюваної інформації. В цьому випадку вони діють як надоперативна пам’ять.
До складу інтерфейсу входять:
- Буфер адреси(БА);
- Буфер даних(БД);
- Шини.
Шина даних ШД – призначена для передачі чисел і команд, з якими працює МП.
Шина адреси ША – використовується для адресації пам’яті і зовнішніх пристроїв.
По шині управління ШУ передаються управляючі сигнали від зовнішніх пристроїв до МП і навпаки.
