Koncepcje mikroprocesora
Microprocessorjest mózgiem komputera, który wykonuje całą pracę. Jest to procesor komputerowy, który zawiera wszystkie funkcje CPU (Central Processing Unit) w jednym układzie scalonym (układ scalony) lub co najwyżej kilku układach scalonych. Mikroprocesory zostały po raz pierwszy wprowadzone na początku lat 70. 4004 był pierwszym mikroprocesorem ogólnego przeznaczenia używanym przez firmę Intel do budowy komputerów osobistych. Pojawienie się tanich mikroprocesorów ogólnego przeznaczenia odegrało zasadniczą rolę w rozwoju współczesnego społeczeństwa.
Szczegółowo przeanalizujemy cechy i komponenty mikroprocesora.
Charakterystyka mikroprocesorów
Mikroprocesory to urządzenia wielofunkcyjne, które można zaprojektować do pełnienia funkcji ogólnych lub specjalistycznych. Mikroprocesory laptopów i smartfonów są przeznaczone do zastosowań ogólnych, a przeznaczone do przetwarzania graficznego lub wizji maszynowej są wyspecjalizowane. Istnieją pewne cechy wspólne dla wszystkich mikroprocesorów.
Oto najważniejsze definiujące cechy mikroprocesora -
- Szybkośc zegara
- Zestaw instrukcji
- Rozmiar słowa
Szybkośc zegara
Każdy mikroprocesor ma rozszerzenie internal clockktóry reguluje prędkość, z jaką wykonuje instrukcje, a także synchronizuje je z innymi komponentami. Wywoływana jest szybkość, z jaką mikroprocesor wykonuje instrukcjeclock speed. Prędkości zegara mierzone są w MHz lub GHz, gdzie 1 MHz oznacza 1 milion cykli na sekundę, podczas gdy 1 GHz to 1 miliard cykli na sekundę. Tutaj cykl odnosi się do pojedynczego cyklu sygnału elektrycznego.
Obecnie mikroprocesory mają taktowanie w zakresie 3 GHz, czyli maksimum, jakie może osiągnąć obecna technologia. Wyższe prędkości generują wystarczającą ilość ciepła, aby uszkodzić sam chip. Aby temu zaradzić, producenci używają wielu procesorów pracujących równolegle na chipie.
Rozmiar słowa
Liczba bitów, które procesor może przetworzyć w pojedynczej instrukcji, nazywana jest jego word size. Rozmiar słowa określa ilość pamięci RAM, do której można uzyskać dostęp za jednym razem, oraz całkowitą liczbę pinów mikroprocesora. Całkowita liczba pinów wejściowych i wyjściowych z kolei określa architekturę mikroprocesora.
Pierwszym komercyjnym mikroprocesorem Intel 4004 był 4-bitowy procesor. Miał 4 piny wejściowe i 4 piny wyjściowe. Liczba pinów wyjściowych jest zawsze równa liczbie pinów wejściowych. Obecnie większość mikroprocesorów wykorzystuje architekturę 32-bitową lub 64-bitową.
Zestaw instrukcji
Polecenie wydane maszynie cyfrowej w celu wykonania operacji na fragmencie danych nosi nazwę instruction. Podstawowy zestaw instrukcji na poziomie maszyny, do wykonywania których zaprojektowany jest mikroprocesor, nazywa się itsinstruction set. Te instrukcje dotyczą tego rodzaju operacji -
- Transfer danych
- Działania arytmetyczne
- Operacje logiczne
- Kontrola przepływu
- Wejście / wyjście i sterowanie maszyną
Komponenty mikroprocesora
W porównaniu z pierwszymi mikroprocesorami, dzisiejsze procesory są bardzo małe, ale nadal mają te podstawowe części już od pierwszego modelu -
- CPU
- Bus
- Memory
procesor
Procesor jest wykonany jako układ scalony o bardzo dużej skali (VLSI) i ma następujące części -
Instruction register - Zawiera instrukcję do wykonania.
Decoder - Dekoduje (konwertuje na język poziomu maszyny) instrukcję i wysyła do ALU (Arithmetic Logic Unit).
ALU - Posiada obwody niezbędne do wykonywania operacji arytmetycznych, logicznych, pamięci, rejestrów i sekwencjonowania programów.
Register- Przechowuje wyniki pośrednie uzyskane podczas przetwarzania programu. Rejestry są używane do przechowywania takich wyników zamiast pamięci RAM, ponieważ dostęp do rejestrów jest prawie 10 razy szybszy niż dostęp do pamięci RAM.
Autobus
Linie łączące używane do łączenia wewnętrznych części mikroprocesora nazywamy magistralą. W mikroprocesorze są trzy rodzaje magistral -
Data Bus- Linie przenoszące dane do iz pamięci nazywane są magistralą danych. Jest to dwukierunkowa magistrala o szerokości równej długości słowa mikroprocesora.
Address Bus - Jest to jednostka jednokierunkowa odpowiedzialna za przenoszenie adresu lokalizacji pamięci lub portu I / O z CPU do pamięci lub portu I / O.
Control Bus - Linie przenoszące sygnały sterujące, takie jak clock signals, interrupt signal lub ready signalnazywane są magistralą sterującą. Są dwukierunkowe. Wywoływany jest sygnał, który oznacza, że urządzenie jest gotowe do przetwarzaniaready signal. Sygnał wskazujący urządzeniu, że ma przerwać jego proces, nazywa sięinterrupt signal.
Pamięć
Mikroprocesor ma dwa rodzaje pamięci
RAM- Pamięć o dostępie swobodnym to pamięć ulotna, która jest kasowana po wyłączeniu zasilania. Wszystkie dane i instrukcje są przechowywane w pamięci RAM.
ROM- Pamięć tylko do odczytu to pamięć nieulotna, której dane pozostają nienaruszone nawet po wyłączeniu zasilania. Mikroprocesor może czytać z niego w dowolnym momencie, ale nie może do niego pisać. Jest wstępnie zaprogramowany z najważniejszymi danymi, takimi jak sekwencja rozruchu przez producenta.