Шта су микропроцесори? Уређај, именовање, главне карактеристике

Шта је микропроцесор, данас сви знају. Ово је једна од најзанимљивијих технолошких иновација у електроници од настанка транзистора 1948. године. Вондер уређаји не само да су покренули револуцију у дигиталној електроници, већ су и продрли у готово све сфере људског живота. Користе се у сложеним контролерима, диспечерској контролној опреми, једноставним играчким апаратима и чак играчкама.

Шта су микропроцесори?

Компјутер који је велики и нефункционалан (у поједностављеном облику) може бити представљен у облику дијаграма тока који се састоји од три главна дела:

• Централна процесорска јединица (ЦПУ) која обавља потребне логичке и аритметичке операције користећи регистре (микропроцесорска меморија) и контролише синхронизацију и цјелокупно функционирање цијелог система.
• У / И уређаји који служе за убацивање података у ЦПУ (то су прекидачи, аналогно-дигитални претварачи, читачи меморијских картица, тастатуре, хард дискови, итд.) И исписују резултате прорачуна (ЛЕД, дисплеји, дигитално-аналогни) претварачи, штампачи, плотери, комуникационе линије, итд.). Тако И / О подсистем омогућава компјутеру да комуницира са спољним светом. Такви уређаји се називају и периферни.
• Меморија у којој се чувају команде (програм) и подаци. Обично се састоји од РАМ-а (меморија са случајним приступом) и РОМ-а (трајна меморија само за читање).

Микропроцесор је интегрисано коло дизајнирано да ради као микрорачунало.

Принцип рада

Сврха микропроцесора је да чита сваку наредбу из меморије, да је декодира и извршава. ЦПУ обрађује податке у складу са упутствима програма у облику логичких и аритметичких операција. Информације се добијају из меморије или долазе из њих улазних уређаја и резултат обраде се похрањује у меморији или доставља одговарајућем излазном уређају као што је наведено у упутама. То су микропроцесори. За обављање свих ових функција, они имају различите функционалне блокове. Ова унутрашња или организациона структура ЦПУ-а, која одређује њен рад, назива се његова архитектура.

На слици испод приказана је типична шема микропроцесорског уређаја.

Тирес

Микрорачунало ради са бинарним кодом. Бинарне информације представљају бинарне цифре које се називају битови. Група битова формира машинску ријеч (њихов број овиси о конкретној имплементацији). Уобичајене величине ријечи су 4, 8, 12, 16, 32 и 64 бита. Бајт и грицкање представљају скуп од 8 и 4 бита.

Гуме повезују различите јединице уређаја и дозвољавају им да размењују речи машине. Израђују се у облику засебне жице за сваки бит, што вам омогућава да истовремено размјените све битове машинске ријечи. Обрада информација у ЦПУ-у се такође одвија паралелно. Дакле, аутобуси се могу сматрати линијама података. Њихова ширина је одређена бројем њихових сигналних линија. На адресној магистрали, ЦПУ преноси адресу И / О уређаја или меморијске локације којој жели приступити. Ову адресу прихватају сви уређаји повезани са процесором. Али само онај на који је захтјев упућен одговара на њега. Бус података се користи за слање и примање информација из улазно-излазних уређаја и меморије, укључујући команде. Очигледно је двосмерно, а адреса једносмерна. Контролна сабирница се користи за пренос и примање контролних сигнала између микропроцесора и различитих елемената система.

Аритметичка логичка јединица и интерни регистри

То је комбинациона мрежа која обавља логичке и аритметичке операције на подацима.

Микропроцесор обично садржи више регистара. Користе се за привремено складиштење команди, података и адреса током извршавања програма. На пример, микропроцесор Интел 8085 има 8-битну батерију (Ацц), 6 8-битних регистара опште намене (Б, Ц, Д, Е, Х и Л), 8-битни регистар команди (ИР) који чува следећу извршну датотеку инструкција, 16-битни програмски бројач са адресом следеће наредбе која се бира из меморије у ИР, 16-битни стацк поинтер, регистар заставица који сигнализира одређене услове који се јављају током извођења логичких и аритметичких операција, и неке друге посебне регистре за интерне процесе а на које се програмер није.

Децодер контролна јединица и меморију

Дешифрује сваку наредбу и контролира вањске и унутарње блокове, осигуравајући исправну логичку операцију сустава.

За похрањивање инструкција, података и резултата прорачуна, потребни су полуводички меморијски уређаји. Програм се уписује у меморију спојену на микропроцесор преко адресне сабирнице и сабирнице података и контроле (као И / О уређаји).

Интерфаце

Ако један или више У / И уређаја треба да буду повезани са ЦПУ-ом, онда постоји потреба за одговарајућим интерфејсом. Он обавља следеће 4 функције:

• потребно је да се осигура компатибилност микропроцесора и периферних уређаја;
• декодирање адресе за избор једног од неколико уређаја повезаних на И / О систем;
• команде декодирања које су потребне за обављање функција које нису пренос података;
• синхронизацију и управљање свим наведеним функцијама.

Пренос информација

Размена података која се одвија између периферног уређаја и микрорачунара односи се или на њихов пренос програма или на директан приступ меморији.

У првом случају, учитани програм захтева И / О систем пренос података микропроцесора или изван њега. По правилу, информације улазе у батерију, иако могу бити укључени и други интерни регистри. Пренос програма се обично користи када се шаље мала количина података релативно споро И / О уређајима, на пример, периферни мултипликатор, периферна АЛУ, итд. У таквим случајевима, пренос се обично врши реч по реч.

Контролише се директан приступ меморији или хватање петље периферни уређај. У том случају, И / О систем присилно одлаже рад микропроцесора док се пријенос не заврши. Пошто се процес контролише хардвером, интерфејс је компликованији него што је потребно за пренос података софтвера. Користи се када требате послати велики блок информација, на примјер, из периферне меморије као што су дискете и читач картица велике брзине.

Интерфаце Девицес

Доступан је опсежан хардвер за развој корисничких интерфејса. Укључује мултиплексере и демултиплексере, линијске драјвере и пријемнике, бафере, стабилне и моностабилне мултивибраторе, квачице окидача, кругове капија, регистре за пребацивање, итд. Ови интерфејси могу бити опште или посебне намене.

Програмски језици

Пошто рачунар може да чува и обрађује информације у бинарном облику, команде за слање на машину морају бити у бинарном формату. У овом облику, програм је машински језик.

На асемблерском језику, команде, укључујући локације за складиштење, су алфанумерички знакови који се називају мнемонички. У поређењу са машинским језиком, њихово коришћење чини писање програма много лакшим. Међутим, ако је програм написан на таквом мнемоничком језику, он мора бити преведен у инструкције које машина може разумјети, тако да се могу похранити и извршити у микрорачуналу. У основи, једна команда за асемблер се преводи у једну машинску команду.

Писање програма на асемблерском језику је веома заморно и дуготрајно. Зато су језици високог нивоа као што су Фортран, Кобол, Алгол, Паскал постали широко распрострањени, који се онда могу превести на језик машине. У овом случају, један оператер обично одговара неколико инструкција машинског језика.

Сет команди микрорачунара

Главне карактеристике микропроцесора су такође одређене сетом инструкција. Обично се састоји од 5 група:

1. Група података Ове команде помажу у преносу информација између регистара унутар микропроцесора, између меморије и регистарских или меморијских ћелија.
2. Аритметичка група вам омогућава да додате, одузмете, повећате или смањите податке у меморији или регистрима (на пример, збројите садржај два ЦПУ регистра).
3. Логичка група се користи за операције АНД, ОР, ЕКСЦЛУСИВЕ ОР, поређење, циклично померање, додавање података у меморију или регистре (на пример, за пролазак кроз круг ОР садржаја два регистра микропроцесора).
4. Група грана укључује безусловне и условне скокове, позивање потпрограма и повратак из њих. Условне инструкције служе да би се осигурало да се одређена операција изводи само ако је задовољен одређени услов (на пример, ако желите да пређете на одређену команду, када је резултат последњег израчуна нула). Они пружају могућност самом програму да доноси одлуке.
5. Контролна група стог, И / О и микропроцесора преноси податке између ЦПУ-а и периферије, манипулише стогом и мења заставице унутрашње контроле. Ове команде дозвољавају програмеру да заустави уређај, стави га у стање без рада, укључи и искључи систем прекида, и тако даље.

Упутства која се чувају са подацима у меморији могу бити дужине 1 или више бајтова. Дуге команде се складиште у узастопним меморијским локацијама, а адреса првог бајта се увијек користи као адреса цијеле наредбе. Поред тога, први бајт је увек опцоде.

Хронологија развоја

О томе шта су микропроцесори, свет је научио 1971. године, када је америчка корпорација Интел први пут објавила Интел 4004. Извршена је на једном чипу и била је 4-битна (то јест, радила је истовремено са 4 податковна бита). Инспирисан успехом модела 4004, Интел је представио побољшану верзију Интел 4040. Многе друге компаније су такође најавиле 4-битне микропроцесоре. На пример, Роцквелл Интернатионал ППС4, НЕЦ μЦОМ 4 и Тосхиба Т3472. Први 8-битни ЦПУ уведен је 1973. од стране исте компаније. То је био Интел 8008, праћен побољшаном верзијом модела 8030. Неколико других произвођача је слиједило тај примјер. Најпознатији 8-битни микропроцесори су Интел 8085, Моторола М6800, НЕЦ μЦОМ85АФ, Натионал * СЦ / МП, Зилог З80 и Фаирцхилд Ф8.

Затим су дошли 12-битни и 16-битни процесори. Примери првих су ИМ 6100 Интерсил и Тосхиба Т3190, а други су Интел 8086, Текас Инструментс ТМС 9940 и 9980, Фаирцхилд 9440, Моторола М68000, Зилог З670,.

Промене у карактеристикама микропроцесора од 1971. године биле су усмерене на побољшање архитектуре, сета инструкција, повећање брзине, поједностављење захтева за напајањем и повећање количине меморије и улазно-излазних капацитета у једном чипу.

Први типови микропроцесора (4004, 4040, 8008) били су засновани на ПМОС технологији, која је због ограничења брзине уступила мјесто НМОС-у. Остале технологије су ЦМОС, ТТЛ, ДТЛ, РТЛ.