Файл: Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК (Исторический аспект развития микропроцессоров ПК 4).pdf

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. АЛУ выполняет арифметические операции « + », « – », « ´ » и « ÷ » только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, то есть только над целыми двоичными числами[5].
2. Управляющее устройство (УУ). Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

• формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
• формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
• получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

1. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера.
2. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя.
3. Кэш-память. Буферная память - своеобразный накопитель для данных. В совре-— небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, и второго уровня - чуть помедленнее, зато больше - от 128 килобайт до 2 Мб.

6. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера и включает в себя:

• внутренний интерфейс микропроцессора;
• буферные запоминающие регистры;
• схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной .

На физическом уровне микропроцессор взаимодействует с памятью и системой ввода-вывода через единый набор системных шин - внутрисистемную магистраль[7]. В ее состав входят:

1.        Адресная шина. Шина или часть шины, предназначенная для передачи адреса, а именно используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.

2.        Шина команд. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

3.        Шина данных — информационная магистраль, благодаря которой процессор может обмениваться данными с другими устройствами компьютера.

Архитектура типичной небольшой вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рисунке 12.

Рисунок 12. Архитектура типового микропроцессора

Микропроцессор является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ.

Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации[4]:

1. Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.
2. Арифметические операции, к которым в основном относят операции сложения и вычитания. Умножение и деление обычно реализуется с помощью специальных программ.
3. Логические операции, позволяющие компьютеру производить анализ получаемой информации. Простейшими примерами команд рассматриваемой группы могут служить сравнение, а также известные логические операции и, или, не.
4. двоичного кода влево и вправо. В некоторых случаях сдвиги используются для реализации умножения и деления.
5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.
6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда относят условный и безусловный переходы, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Часто к этой группе относят операции по управлению процессором типа останов или нет операции.

• Таким образом, микропроцессор выполняет следующие функции:
• выборку команд программы из основной памяти;
• дешифрацию команд;
• выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах;
• управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода;
• отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств;
• управление и координацию работы основных узлов МП.

Заключение

В последние годы произошли кардинальные изменения в области вычислительной техники. Благодаря разработке и внедрению микропроцессоров в структуру ЭВМ появились малогабаритные, удобные для пользователя персональные компьютеры и в роли пользователя может быть не только специалист по вычислительной технике, но и любой человек.

Однако процесс повышения быстродействия микропроцессорных устройств идет неуклонно вперед и в настоящее время существуют микропроцессоры, минимальное время выполнения команды у которых достигает 5 нс. С помощью современных микропроцессоров уже сегодня возможно создавать системы управления с полосой пропускания в десятки и даже сотни Кгц. В свою очередь, аналоговые системы несмотря на практически мгновенное протекание сигналов также обладают конечным быстродействием из-за не идеальности компонентов и наличия паразитных реактивных связей в системе. Временные параметры цифровых систем, в отличие от аналоговых, не изменяются с течением времени и не зависят от внешних факторов.

Таким образом, в настоящее время, благодаря всему вышеперечисленному идет полномасштабное внедрение микропроцессорной техники практически во все сферы деятельности, где еще вчера господствовали аналоговые методы обработки информации.

В современной преобразовательной технике микроконтроллеры выполняют не только роль непосредственного управления полупроводниковым преобразователем за счет встроенных специализированных периферийных устройств, но и роль цифрового регулятора, системы защиты и диагностики, а также системы связи с технологической сетью высшего уровня.

Список использованной литературы

1. Гивоне, Д. Микропроцессоры и микрокомпьютеры: Вводный курс / Д. Гивоне, Р. Россер. - М.: Мир, 2016. - 464 c.
2. Иванов, В.Н. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник / В.Н. Иванов. - М.: Academia, 2018. - 303 c.
3. Иванько, А.Ф.Структура и архитектура микропроцессоров современных персональных электронных вычислительных машин: Учеб. пособие для специальности 210100 «Упр. и информатика в техн. Системах» / А.Ф. Иванько; М-во образования Рос. Федерации. Моск. гос. ун-т печати. - М.: Изд-во МГУП, 2000. - 83 с.
4. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. - СПб.: Питер, 2016 - 640с.
5. Калабегов, Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы / Б.А. Калабегов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2017. - 336 c.
6. Калашников, В.И. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник / В.И. Калашников. - М.: Академия, 2018. - 544 c.
7. Калашников, В.И. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник для студ. учреждений высш. проф. обр. / В.И. Калашников, С.В. Нефедов. - М.: ИЦ Академия, 2017. - 368 c.
8. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебное пособие / Л.А. Коледов. - СПб.: Лань, 2018. - 400 c.
9. Костров, Б. Архитектура микропроцессорных систем / Б. Костров. - М.: Диалог-МИФИ, 2017. - 304 c.
10. Левенталь, Л. Введение в микропроцессоры: Программное обеспечение, аппаратные средства, программирование / Л. Левенталь. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 464 c
11. Микушин, А.В. Цифровые устройства и микропроцессоры / А.В. Микушин. - СПб.: BHV, 2019. - 832 c.
12. Микушин, А.В. Программирование микропроцессорных систем на языке C-51. / А.В. Микушин, В.И. Сединин. - М.: Горячая линия -Телеком , 2018. - 216 c.
13. Новиков, Ю.В. Основы микропроцессорной техники: Учебное пособие / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов. - М.: БИНОМ. ЛЗ, ИНТУИТ.РУ, 2017. - 357 c.
14. Новожилов, О.П. Основы микропроцессорной техники в 2-х томах Кн.1: Учебное пособие / О.П. Новожилов. - М.: РадиоСофт, 2017. - 432 c.
15. Ноздрачев, А., Д. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учеб.пособие / А. Д. Ноздрачев, Е. Л. Поляков, В. А. Багаев. - СПб.: Лань П, 2016. - 400 c.
16. Палагута, К.А. Микропроцессоры и интерфейсные средства / К.А. Палагута, А.В. Кузнецов. - М.: МГИУ, 2018. - 96 c.
17. Федоров, В.А. Электроника и микропроцессорная техника (для бакалавров) / В.А. Федоров, В.И. Моряков, Ю. Щетинов. - М.: КноРус, 2019. - 800 c.
18. Хартов, В.Я. Микропроцессорные системы: Учебное пособие / В.Я. Хартов. - М.: Academia, 2017. - 320 c.
19. Холленд, Р. Микропроцессоры и операционные системы / Р. Холленд. - М.: М., Энергоатомиздат, 2015. - 192 c.
20. Шагурин, И.И. Современные микроконтроллеры и микропроцессоры / И.И. Шагурин. - М.: Горячая линия -Телеком, 2018. - 952 c.