Mikroprozessorkonzepte
Microprocessorist das Gehirn des Computers, das die ganze Arbeit erledigt. Es ist ein Computerprozessor, der alle Funktionen der CPU (Central Processing Unit) auf einem einzelnen IC (Integrated Circuit) oder höchstens einigen ICs enthält. Mikroprozessoren wurden erstmals Anfang der 1970er Jahre eingeführt. 4004 war der erste Allzweck-Mikroprozessor, der von Intel beim Bau von PCs verwendet wurde. Die Ankunft kostengünstiger Allzweck-Mikroprozessoren hat maßgeblich zur Entwicklung der modernen Gesellschaft beigetragen.
Wir werden die Eigenschaften und Komponenten eines Mikroprozessors im Detail untersuchen.
Eigenschaften von Mikroprozessoren
Mikroprozessoren sind Mehrzweckgeräte, die für allgemeine oder spezielle Funktionen ausgelegt werden können. Die Mikroprozessoren von Laptops und Smartphones sind universell einsetzbar, während diejenigen, die für die grafische Verarbeitung oder Bildverarbeitung entwickelt wurden, spezialisierte sind. Es gibt einige Eigenschaften, die allen Mikroprozessoren gemeinsam sind.
Dies sind die wichtigsten charakteristischen Merkmale eines Mikroprozessors -
- Taktfrequenz
- Befehlssatz
- Wortgröße
Taktfrequenz
Jeder Mikroprozessor hat eine internal clockDies regelt die Geschwindigkeit, mit der Anweisungen ausgeführt werden, und synchronisiert sie auch mit anderen Komponenten. Die Geschwindigkeit, mit der der Mikroprozessor Befehle ausführt, wird aufgerufenclock speed. Taktraten werden in MHz oder GHz gemessen, wobei 1 MHz 1 Million Zyklen pro Sekunde bedeutet, während 1 GHz 1 Milliarde Zyklen pro Sekunde entspricht. Hier bezieht sich Zyklus auf einen einzelnen elektrischen Signalzyklus.
Derzeit haben Mikroprozessoren eine Taktrate im Bereich von 3 GHz, was das Maximum ist, das die aktuelle Technologie erreichen kann. Mehr Geschwindigkeiten erzeugen genug Wärme, um den Chip selbst zu beschädigen. Um dies zu überwinden, verwenden Hersteller mehrere Prozessoren, die parallel auf einem Chip arbeiten.
Wortgröße
Die Anzahl der Bits, die von einem Prozessor in einem einzelnen Befehl verarbeitet werden können, wird als its bezeichnet word size. Die Wortgröße bestimmt die RAM-Größe, auf die auf einmal zugegriffen werden kann, und die Gesamtzahl der Pins auf dem Mikroprozessor. Die Gesamtzahl der Eingangs- und Ausgangspins bestimmt wiederum die Architektur des Mikroprozessors.
Der erste kommerzielle Mikroprozessor Intel 4004 war ein 4-Bit-Prozessor. Es hatte 4 Eingangsstifte und 4 Ausgangsstifte. Die Anzahl der Ausgangspins entspricht immer der Anzahl der Eingangspins. Derzeit verwenden die meisten Mikroprozessoren eine 32-Bit- oder 64-Bit-Architektur.
Befehlssatz
Ein Befehl, der einer digitalen Maschine gegeben wird, um eine Operation an einem Datenelement auszuführen, wird als bezeichnet instruction. Ein grundlegender Satz von Anweisungen auf Maschinenebene, für deren Ausführung ein Mikroprozessor ausgelegt ist, wird als its bezeichnetinstruction set. Diese Anweisungen führen diese Arten von Operationen aus -
- Datentransfer
- Rechenoperationen
- Logische Operationen
- Kontrollfluss
- Ein- / Ausgabe und Maschinensteuerung
Mikroprozessorkomponenten
Im Vergleich zu den ersten Mikroprozessoren sind die heutigen Prozessoren sehr klein, aber sie haben diese grundlegenden Teile vom ersten Modell an -
- CPU
- Bus
- Memory
Zentralprozessor
Die CPU ist als sehr große integrierte Schaltung (VLSI) hergestellt und besteht aus diesen Teilen -
Instruction register - Es enthält die auszuführende Anweisung.
Decoder - Der Befehl wird dekodiert (in eine Sprache auf Maschinenebene konvertiert) und an die ALU (Arithmetic Logic Unit) gesendet.
ALU - Es sind Schaltkreise erforderlich, um arithmetische, logische, Speicher-, Register- und Programmsequenzierungsoperationen auszuführen.
Register- Es enthält Zwischenergebnisse, die während der Programmverarbeitung erzielt wurden. Register werden verwendet, um solche Ergebnisse anstelle von RAM zu speichern, da der Zugriff auf Register fast zehnmal schneller ist als der Zugriff auf RAM.
Bus
Verbindungsleitungen, die zum Verbinden der internen Teile des Mikroprozessorchips verwendet werden, werden als Bus bezeichnet. In einem Mikroprozessor gibt es drei Arten von Bussen:
Data Bus- Leitungen, die Daten zum und vom Speicher übertragen, werden als Datenbus bezeichnet. Es ist ein bidirektionaler Bus mit einer Breite, die der Wortlänge des Mikroprozessors entspricht.
Address Bus - Es ist unidirektional dafür verantwortlich, die Adresse eines Speicherorts oder E / A-Ports von der CPU zum Speicher oder E / A-Port zu übertragen.
Control Bus - Leitungen, die Steuersignale wie tragen clock signals, interrupt signal oder ready signalwerden Steuerbus genannt. Sie sind bidirektional. Es wird ein Signal aufgerufen, das angibt, dass ein Gerät zur Verarbeitung bereit istready signal. Ein Signal, das einem Gerät anzeigt, seinen Prozess zu unterbrechen, wird als bezeichnetinterrupt signal.
Erinnerung
Der Mikroprozessor verfügt über zwei Speichertypen
RAM- Direktzugriffsspeicher ist ein flüchtiger Speicher, der beim Ausschalten gelöscht wird. Alle Daten und Anweisungen werden im RAM gespeichert.
ROM- Nur-Lese-Speicher ist ein nichtflüchtiger Speicher, dessen Daten auch nach dem Ausschalten erhalten bleiben. Der Mikroprozessor kann jederzeit daraus lesen, aber nicht darauf schreiben. Es ist mit den wichtigsten Daten wie der Startsequenz des Herstellers vorprogrammiert.