Các khái niệm về bộ vi xử lý

Microprocessorlà bộ não của máy tính, thực hiện mọi công việc. Nó là một bộ xử lý máy tính kết hợp tất cả các chức năng của CPU (Bộ xử lý trung tâm) trên một IC duy nhất (Mạch tích hợp) hoặc nhiều nhất là một vài IC. Bộ vi xử lý lần đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1970. 4004 là bộ vi xử lý đa năng đầu tiên được Intel sử dụng trong việc xây dựng máy tính cá nhân. Sự xuất hiện của các bộ vi xử lý đa năng giá rẻ đã là công cụ cho sự phát triển của xã hội hiện đại theo cách mà nó đã có.

Chúng ta sẽ nghiên cứu chi tiết các đặc điểm và thành phần của một bộ vi xử lý.

Đặc điểm của bộ vi xử lý

Bộ vi xử lý là các thiết bị đa dụng có thể được thiết kế cho các chức năng chung hoặc chuyên biệt. Bộ vi xử lý của máy tính xách tay và điện thoại thông minh là mục đích chung trong khi những bộ vi xử lý được thiết kế để xử lý đồ họa hoặc thị giác máy là những bộ vi xử lý chuyên dụng. Có một số đặc điểm chung cho tất cả các bộ vi xử lý.

Đây là những đặc điểm xác định quan trọng nhất của bộ vi xử lý -

Tốc độ đồng hồ
Bộ hướng dẫn
Kích thước từ

Tốc độ đồng hồ

Mỗi bộ vi xử lý đều có internal clockquy định tốc độ thực thi các lệnh và đồng bộ hóa nó với các thành phần khác. Tốc độ mà bộ vi xử lý thực hiện các lệnh được gọi làclock speed. Tốc độ đồng hồ được đo bằng MHz hoặc GHz, trong đó 1 MHz có nghĩa là 1 triệu chu kỳ mỗi giây trong khi 1 GHz tương đương với 1 tỷ chu kỳ mỗi giây. Ở đây chu kỳ đề cập đến chu kỳ tín hiệu điện đơn lẻ.

Hiện tại các bộ vi xử lý có tốc độ xung nhịp trong khoảng 3 GHz, đây là mức tối đa mà công nghệ hiện tại có thể đạt được. Tốc độ cao hơn mức này tạo ra đủ nhiệt để làm hỏng chính con chip. Để khắc phục điều này, các nhà sản xuất đang sử dụng nhiều bộ vi xử lý hoạt động song song trên một con chip.

Kích thước từ

Số bit có thể được xử lý bởi bộ xử lý trong một lệnh đơn được gọi là word size. Kích thước từ xác định dung lượng RAM có thể được truy cập một lần và tổng số chân trên bộ vi xử lý. Tổng số chân đầu vào và đầu ra lần lượt xác định kiến trúc của bộ vi xử lý.

Bộ vi xử lý thương mại đầu tiên Intel 4004 là bộ xử lý 4 bit. Nó có 4 chân đầu vào và 4 chân đầu ra. Số chân đầu ra luôn bằng số chân đầu vào. Hiện nay hầu hết các bộ vi xử lý đều sử dụng kiến trúc 32 bit hoặc 64 bit.

Bộ hướng dẫn

Một lệnh được cung cấp cho một máy kỹ thuật số để thực hiện một thao tác trên một phần dữ liệu được gọi là instruction. Tập hợp các lệnh cấp độ máy cơ bản mà bộ vi xử lý được thiết kế để thực thi được gọi làinstruction set. Các hướng dẫn này thực hiện các loại thao tác này -

Truyền dữ liệu
Các phép tính toán học
Các phép toán logic
Kiểm soát dòng chảy
Đầu vào / đầu ra và điều khiển máy

Các thành phần vi xử lý

So với bộ vi xử lý đầu tiên, bộ vi xử lý ngày nay rất nhỏ nhưng chúng vẫn có những bộ phận cơ bản này ngay từ mẫu đầu tiên -

CPU
Bus
Memory

CPU

CPU được chế tạo như một mạch tích hợp quy mô rất lớn (VLSI) và có các bộ phận sau:

Instruction register - Nó chứa lệnh được thực thi.
Decoder - Nó giải mã (chuyển đổi sang ngôn ngữ cấp máy) lệnh và gửi đến ALU (Đơn vị logic số học).
ALU - Nó có các mạch cần thiết để thực hiện các phép toán số học, logic, bộ nhớ, thanh ghi và trình tự chương trình.
Register- Nó chứa các kết quả trung gian thu được trong quá trình xử lý chương trình. Thanh ghi được sử dụng để lưu giữ các kết quả như vậy hơn là RAM vì truy cập thanh ghi nhanh hơn gần 10 lần so với truy cập RAM.

Xe buýt

Các đường kết nối được sử dụng để kết nối các bộ phận bên trong chip vi xử lý được gọi là bus. Có ba loại bus trong bộ vi xử lý -

Data Bus- Các đường truyền dữ liệu đến và đi từ bộ nhớ được gọi là bus dữ liệu. Nó là một xe buýt hai chiều có chiều rộng bằng chiều dài từ của bộ vi xử lý.
Address Bus - Nó là một đơn hướng chịu trách nhiệm mang địa chỉ của vị trí bộ nhớ hoặc cổng I / O từ CPU đến bộ nhớ hoặc cổng I / O.
Control Bus - Các dòng mang tín hiệu điều khiển như clock signals, interrupt signal hoặc là ready signalđược gọi là bus điều khiển. Chúng là hai chiều. Tín hiệu biểu thị rằng một thiết bị đã sẵn sàng để xử lý được gọi làready signal. Tín hiệu chỉ ra cho một thiết bị để làm gián đoạn quá trình của nó được gọi làinterrupt signal.

Ký ức

Bộ vi xử lý có hai loại bộ nhớ

RAM- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên là bộ nhớ dễ bay hơi sẽ bị xóa khi tắt nguồn. Tất cả dữ liệu và hướng dẫn được lưu trữ trong RAM.
ROM- Bộ nhớ chỉ đọc là bộ nhớ không thay đổi có dữ liệu vẫn nguyên vẹn ngay cả khi đã tắt nguồn. Bộ vi xử lý có thể đọc từ nó bất cứ lúc nào nó muốn nhưng không thể ghi vào nó. Nó được nhà sản xuất lập trình trước với hầu hết các dữ liệu thiết yếu như trình tự khởi động.