Файл: Electron_SE.pdf

216

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

¿õí³õ ïîòåíö³éíèõ ìîæëèâîñòåé á³ëüø í³æ íà òðåòèíó. Îòæå, äâ³éêîâà

ñèñòåìà ïðè òåõí³÷í³é ðåàë³çàö³¿ º á³ëüø åêîíîìíîþ ç òî÷êè çîðó àïà-

ðàòíèõ çàòðàò.

Ó 1946 ðîö³ ÂÌÑ ÑØÀ çàìîâèëè äâîì óí³âåðñèòåòà젖 Ãàðâàðäñü-

êîìó ³ Ïðèíñòîíñüêîì󠖠ðîçðîáêó öèôðîâî¿ îá÷èñëþâàëüíî¿ ìàøèíè

äëÿ ñèñòåì êåðóâàííÿ àðòèëåð³ºþ ë³íêîð³â. Ãàðâàðäñüêà ñòðóêòóðà ìàëà

äâà ïðèñòðî¿ ïàì’ÿò³: ïðîãðàì ³ äàíèõ. Öå çàáåçïå÷óâàëî âèñîêó øâèä-

êîä³þ, àëå âèìàãàëî âèêîðèñòàííÿ äâîõ òðàêò³â ïåðåäà÷³ ³íôîðìàö³¿.

Îñê³ëüêè òàê³ ìàøèíè òîä³ áóäóâàëè íà åëåêòðîííîâàêóóìíèõ ëàìïàõ,

òî ââåäåííÿ äî ¿õíüîãî ñêëàäó áóäü-ÿêîãî âóçëà ïðèçâîäèëî äî çíà÷íî-

ãî çá³ëüøåííÿ ãàáàðèò³â ³ çìåíøåííÿ íàä³éíîñò³ âñ³º¿ ñèñòåìè. Îòæå,

ïåðåìîãëà ïðèíñòîíñüêà ñòðóêòóðࠖ ñòðóêòóðà ôîí Íåéìàíà, çà ÿêî¿

äàí³ ³ ïðîãðàìà çáåð³ãàþòüñÿ â îäíîìó é òîìó æ ÇÏ ³ äëÿ îáì³íó äàíè-

ìè ì³æ ÀËÏ é ÇÏ òà ì³æ ÏÊ é ÇÏ âèêîðèñòîâóþòüñÿ îäíàêîâ³ ïðîöå-

äóðè. Ï³ñëÿ çâåðíåííÿ ÌÏ äî ÇÏ ïåðøèé êîä ââàæàºòüñÿ êîäîì êî-

ìàíäè, à íàñòóïí³ – àäðåñàìè, äàíèìè ÷è êîìàíäàìè ó êîíòåêñò³ âèêî-

íàííÿ ïåðøî¿ êîìàíäè. Ñòðóêòóðó ôîí Íåéìàíà çàñòîñîâóþòü ïðè ïî-

áóäîâ³ ³ ñó÷àñíèõ óí³âåðñàëüíèõ ïðîöåñîð³â. Àëå çàðàç, îñîáëèâî â

ì³êðîêîíòðóëåðàõ, ïðî ÿê³ ï³äå ìîâà äåùî ï³çí³øå, çàñòîñîâóþòü ³ ãàð-

âàðäñüêó ñòðóêòóðó, ùî çíà÷íî ï³äâèùóº ¿õíþ øâèäêîä³þ. À íàä³éí³ñòü

ñèñòåì âèçíà÷àºòüñÿ äóæå âèñîêîþ íàä³éí³ñòþ Â²Ñ – íàä³éí³ñòü ì³êðî-

ñõåìè âèùà çà íàä³éí³ñòü íàâ³òü îäí³º¿ ëàìïè.

Íà îñíîâ³  ÌÏ  âèêîíóþòüñÿ  ì³êðîïðîöåñîðí³  ïðèñòðî¿  (ÌÏÏ),

ïåðø çà âñå ì³êðî-ÅÎÌ – ïðèñòð³é, ùî ì³ñòèòü ÌÏ, çàïàì’ÿòîâóâàëüí³

ïðèñòðî¿, îðãàíè êåðóâàííÿ ³ çàñîáè çâ’ÿçêó ç çîâí³øí³ìè ïðèñòðîÿì蠖

³íòåðôåéñ.

²íòåðôåéñ (àíãë. interface – çàñ³á ñïðÿæåííÿ, ñïîëó÷åííÿ) º ñóêóï-

í³ñòþ óí³ô³êîâàíèõ òåõí³÷íèõ ³ ïðîãðàìíèõ çàñîá³â, íåîáõ³äíèõ äëÿ

ï³äêëþ÷åííÿ çîâí³øí³õ ïðèñòðî¿â. Â³í çàáåçïå÷óº ïåðåòâîðåííÿ ñèãíàë³â

ÌÏ ó ñèãíàëè, ùî ñïðèéìàþòüñÿ çîâí³øí³ìè ïðèñòðîÿìè ³ íàâïàêè,

ï³äñèëåííÿ ñèãíàë³â òà ñòàíîâèòü ñîáîþ àïàðàòí³ çàñîáè ³ íàá³ð ïðî-

ãðàì ïåðåäà÷³ äàíèõ (óí³ô³êîâàíèé ïðîòîêîë îáì³íó ³íôîðìàö³ºþ).

ßêùî ì³êðî-ÅÎÌ ïðèçíà÷åíà äëÿ êåðóâàííÿ äåÿêèì îᒺêòîì, òî

âîíà äîïîâíþºòüñÿ çàñîáàìè ñïîëó÷åííÿ (óçãîäæåííÿ) ç îᒺêòîì (äàò-

÷èêè, àíàëîãî-öèôðîâ³ ³ öèôðî-àíàëîãîâ³ ïåðåòâîðþâà÷³, âèêîíàâ÷³ ïðè-

ñòðî¿ ³ ò.ï.). Ñóêóïí³ñòü ì³êðî-ÅÎÌ ³ çàñîá³â ñïîëó÷åííÿ íàçèâàþòü

217

8. ÖÈÔÐβ Ì²ÊÐÎÅËÅÊÒÐÎÍͲ ÏÐÈÑÒÐί

ì³êðîïðîöåñîðíîþ  ñèñòåìîþ.  Ñòðóêòóðà  òàêî¿  ñèñòåìè  íàâåäåíà

íà ðèñ. 8.28.

Ðèñ. 8.28 – Ì³êðîïðîöåñîðíà ñèñòåìà

ÌÏ º ìîçêîì ÌÏÏ, ó ÿêîìó â³äáóâàºòüñÿ îïðàöþâàííÿ ³íôîðìàö³¿

(êîìàíä ³ äàíèõ), ùî ïðåäñòàâëÿþòüñÿ ó äâ³éêîâîìó êîä³.

ÌÏ ìîæå âèêîíóâàòè äóæå ñêëàäí³ çàâäàííÿ ç îá÷èñëåíü ³ êåðóâàí-

íÿ, óì³þ÷è âèêîíóâàòè ëèøå åëåìåíòàðí³ ëîã³÷í³ é àðèôìåòè÷í³ îïå-

ðàö³¿, îïåðàö³¿ ïåðåñèëàííÿ äàíèõ, ïîð³âíÿííÿ äâîõ ÷èñåë ³ äåÿê³ ³íø³, çà

ðàõóíîê áàãàòîðàçîâîãî ¿õíüîãî ïîâòîðåííÿ â³äïîâ³äíî äî çàäàíî¿ êî-

ðèñòóâà÷åì ïðîãðàìè (âèçíà÷åíî¿ ïîñë³äîâíîñò³ êîìàíä).

Äëÿ çàáåçïå÷åííÿ âèêîíàííÿ îïåðàö³é ÌÏ ì³ñòèòü ïðèñòðî¿ âèá³ðêè

³íôîðìàö³¿ ç ïàì’ÿò³ ³ ¿¿ äåøèôðóâàííÿ, àðèôìåòèêî-ëîã³÷íèé ïðèñòð³é,

ùî º ñóêóïí³ñòþ ñõåì, ùî ðåàë³çóþòü àðèôìåòè÷í³ ³ ëîã³÷í³ îïåðàö³¿

íàä äàíèìè, ïðèñòð³é êåðóâàííÿ, ÿêèé çàáåçïå÷óº âèêîíàííÿ îïåðàö³é

ÌÏ, ð³çí³ ðåã³ñòðè äëÿ òèì÷àñîâîãî çáåð³ãàííÿ (íàäîïåðàòèâíèé ÇÏ) ³

ïåðåòâîðåííÿ äàíèõ ³ êîìàíä, òàêòîâèé ãåíåðàòîð, ùî çàäຠòåìï ðî-

áîòè ÌÏ.

218

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Äëÿ çáåð³ãàííÿ ³íôîðìàö³¿ º äâà âèäè ÇÏ: ïîñò³éíèé çàïàì’ÿòîâóþ÷èé

ïðèñòð³é (ÏÇÏ) òà îïåðàòèâíèé çàïàì’ÿòîâóþ÷èé ïðèñòð³é (ÎÇÏ).

ÏÇÏ ïðèçíà÷åíèé äëÿ çáåð³ãàííÿ ³íôîðìàö³¿, ùî çàíîñèòüñÿ â íüîãî

ïðè âèãîòîâëåíí³ ÌÏÏ ³ çáåð³ãàºòüñÿ ïðè â³äêëþ÷åíí³ æèâëåííÿ. Çàâ-

äÿêè öüîìó ÌÏÏ ï³ñëÿ âìèêàííÿ çíàº, ÿê ï³äãîòóâàòè ñåáå äî ðîáîòè

³ ùî ïîòð³áíî ðîáèòè ïðè îäåðæàíí³ òèõ ÷è ³íøèõ çîâí³øí³õ êîìàíä ³

ä³é. ÏÇÏ ìîæå ïðàöþâàòè ò³ëüêè ó ðåæèì³ âèäà÷³ ³íôîðìàö³¿. Âì³ñò

ÏÇÏ ìîæíà çì³íèòè çàì³íîþ éîãî ²ÌÑ íà ³íø³ ç íîâèì íàáîðîì ïðî-

ãðàì àáî ïåðåïðîãðàìóâàííÿì ²ÌÑ, ÿêùî âîíè öå äîïóñêàþòü.

ÎÇÏ ïðèçíà÷åíèé äëÿ òèì÷àñîâîãî çáåð³ãàííÿ äàíèõ ³ ïðîãðàì êî-

ðèñòóâà÷à, ïðîì³æíèõ ðåçóëüòàò³â ðîáîòè ³ ïðàöþº ÿê ó ðåæèì³ çàïèñó,

òàê ³ ó ðåæèì³ âèäà÷³ ³íôîðìàö³¿. ßêùî ³íôîðìàö³þ, ùî ì³ñòèòüñÿ ó

ÎÇÏ, íåîáõ³äíî çáåðåãòè äîâãîñòðîêîâî, òî ¿¿ òðåáà çàïèñàòè ó çîâí³øí³é

ïðèñòð³é ïàì’ÿò³.

Ï çàáåçïå÷óº çâ’ÿçîê ÌÏ ³ç çîâí³øí³ìè ïðèñòðîÿì蠖 äèñïëåºì, êëà-

â³àòóðîþ (çàñîáè ñïîëó÷åííÿ ç îïåðàòîðîì) òà çàñîáàìè ñïîëó÷åííÿ ç

êåðîâàíèì îᒺêòîì (ÇÑ) – äàò÷èêè, âèêîíàâ÷³ ïðèñòðî¿, ÀÖÏ, ÖÀÏ ³ ò.ï.

Çâ’ÿçîê ì³æ ðîçãëÿíóòèìè ìîäóëÿìè ÌÏÏ çä³éñíþºòüñÿ íà îñíîâ³

ìàã³ñòðàëüíî¿ ñõåìè. Â³äïîâ³äíî äî íå¿ ìîäóë³ ï³äêëþ÷åí³ äî ñèñ-

òåìíî¿ ìàã³ñòðàë³, ùî ñêëàäàºòüñÿ ³ç øèíè àäðåñè ØÀ, øèíè äàíèõ

ØÄ ³ øèíè êåðóâàííÿ ØÊ. Êîæíà ³ç øèí ÿâëÿº ñîáîþ íàá³ð ç äåÿêî-

ãî ÷èñëà ïðîâ³äíèê³â – ë³í³é.

Ïî ØÀ ÌÏ ïîâ³äîìëÿº, ç ÿêèì ç ìîäóë³â ÷è ç ÿêîþ êîì³ðêîþ ïàì’ÿò³

(âêàçóºòüñÿ ¿õí³é êî䠖 àäðåñà) â³í áóäå ïðàöþâàòè ó äàíèé ìîìåíò ÷àñó.

Ðîçðÿäí³ñòü ØÀ (÷èñëî ïðîâ³äíèê³â) âèçíà÷ຠ÷èñëî ìîäóë³â, ç ÿêèì

ìîæå âçàºìîä³ÿòè ÌÏ. Çàçâè÷àé âîíà ñêëàäຠ16 (ê³ëüê³ñòü ìîäóë³â

äî 2

16

 – êîì³ðîê ïàì’ÿò³ ÏÇÏ ÷è ÎÇÏ, ìîäóë³â ââîäó, âèâîäó ³ ò. ³í.).

Ïî ØÊ ïîâ³äîìëÿºòüñÿ õàðàêòåð âçàºìî䳿: ââåäåííÿ äàíèõ ÷è ¿õí³é

âèâ³ä (çàïèñ ÷è ÷èòàííÿ).

Ïî ØÄ äàí³ íàäõîäÿòü ó ïðîöåñîð ³ âèâîäÿòüñÿ ³ç íüîãî, òîáòî ØÄ

äâîíàïðàâëåíà. Ó êîæíèé êîíêðåòíèé ìîìåíò ÷àñó ØÄ âèêîðèñòîâóºòü-

ñÿ ò³ëüêè äëÿ ââîäó àáî ò³ëüêè äëÿ âèâîäó.

Îñê³ëüêè äî ØÄ ïðèºäíàíî âñ³ ìîäóë³ îäíî÷àñíî, òî, ùîá âèêëþ÷èòè

¿õí³é âçàºìíèé âïëèâ, ï³äìèêàííÿ äî ïðîâ³äíèê³â øèíè âèêîíóºòüñÿ çà äî-

ïîìîãîþ åëåìåíò³â, ùî ìàþòü òðè ñòàíè: äâࠖ 1; 0 (ëîã³÷í³) ³ òðåò³é –

ñòàí â³äêëþ÷åííÿ â³ä øèíè (íåëîã³÷íèé). ÌÏ âèáèðຠîäèí ìîäóëü

219

8. ÖÈÔÐβ Ì²ÊÐÎÅËÅÊÒÐÎÍͲ ÏÐÈÑÒÐί

äëÿ âèâîäó äàíèõ íà ØÄ, çàäàþ÷è éîãî àäðåñó íà ØÀ. Âèõîäè ³íøèõ

ìîäóë³â ïðè öüîìó çíàõîäÿòüñÿ ó òðåòüîìó ñòàí³ – â³ä³ìêíåí³ â³ä ØÄ.

Ðîçðÿäí³ñòü ØÄ âèçíà÷ຠðîçðÿäí³ñòü äâ³éêîâèõ äàíèõ (ðîçðÿäí³ñòü

ñëîâà äàíèõ), ç ÿêèìè ìîæå îïåðóâàòè ÌÏ. Çàçâè÷àé ØÄ ìຠ4, 8, 16

àáî 32 ðîçðÿäè: ÌÏ îïðàöüîâóº äâ³éêîâ³ ÷èñëà (ñëîâà) ç 4, 8, 16 àáî 32

ðîçðÿä³â – á³ò (8 á³ò ñêëàäàþòü áàéò, 2

10 

= 1024 á³ò – ê³ëîáàéò).

Òèïîâèé ÌÏ çàçâè÷àé âèêîíóþòü ó âèãëÿ䳠²Ñ, ùî ìຠäî 40 åëåê-

òðè÷íèõ âèâîä³â. Òàê ó âîñüìèðîçðÿäíîãî ÌÏ: 8 âèâîä³â çàáåçïå÷ó-

þòü ï³äìèêàííÿ äî ØÄ, 16 – äî ØÀ, 5-7 – äî òàêòîâîãî ãåíåðàòîðà ³

äæåðåëà æèâëåííÿ, ðåøòࠖ äî ØÊ. ª é ì³êðî-ÅÎÌ ó âèãëÿ䳠²Ñ. ¯õ

íàçèâàþòü îäíîêðèñòàëüíèìè.

8.10.3. Ñòðóêòóðà ì³êðîïðîöåñîðà

Ñòðóêòóðíó ñõåìó ÌÏ íàâåäåíî íà ðèñ. 8.29.

ØÀ

ØÊ

Äî

 ñ

èñò

åì

íî

¿ ì

àã

³ñ

ò

ðàë

³ Ì

ÏÏ

Ïðèñòð³é

êåðóâàííÿ

ÃÒ²

Ðåã³ñòð

êîìàíä

˳÷èëüíèê

êîìàíä

Ðåã³ñòð

àäðåñ

Àêóìóëÿòîð

ÀËÏ

Ðîáî÷³ 

ðåã³ñòðè

ØÄ

ØÊ

Ðèñ. 8.29 – Ñòðóêòóðà ì³êðîïðîöåñîðà

220

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

ÌÏ ì³ñòèòü òðè îñíîâí³ ïðèñòðî¿: àðèôìåòèêî-ëîã³÷íèé ïðèñòð³é

(ÀËÏ), ðåã³ñòðè äàíèõ (ÐÄ) ³ ïðèñòð³é êåðóâàííÿ (ÏÊ). Ö³ òà ³íø³ ïðè-

ñòðî¿, ùî ïðèéìàþòü ó÷àñòü ó ïåðåñèëàíí³ äàíèõ, ç’ºäíàíî øèíàìè âíóò-

ð³øíüî¿ ìàã³ñòðàë³: ØÀ, ØÄ ³ ØÊ.

Ñèíõðîí³çóº ³ çàäຠòåìï ðîáîòè (øâèäêîä³þ) ÌÏ ãåíåðàòîð òàê-

òîâèõ  ³ìïóëüñ³â  (ÃÒ²).

ÀËÏ º êîìá³íàö³éíèì ïðèñòðîºì, ó ÿêîìó â³äáóâàºòüñÿ âèêîíàííÿ

àðèôìåòè÷íèõ ³ ëîã³÷íèõ îïåðàö³é íàä äàíèìè.

Ðåã³ñòðè çàáåçïå÷óþòü âèêîíàííÿ ôóíêö³é ÌÏ çà ðàõóíîê çáåð³ãàí-

íÿ êîä³â äàíèõ, àäðåñ, êîìàíä òà ³í.

Àêóìóëÿòîð º îñíîâíèì ðåã³ñòðîì ÌÏ ïðè ä³ÿõ ç äàíèìè. Á³ëüø³ñòü

àðèôìåòè÷íèõ ³ ëîã³÷íèõ îïåðàö³é ç äâîìà ñëîâàìè äàíèõ çä³éñíþºòü-

ñÿ ç âèêîðèñòàííÿì ÀËÏ ³ àêóìóëÿòîðà.

Ó ðåã³ñòð³ ñòàíó (îçíàê àáî ïðàïîðö³â) çáåð³ãàþòüñÿ îçíàêè ðåçóëü-

òàòó ïîá³æíî¿ îïåðàö³¿ ÀËÓ (íóëüîâèé, äîäàòíèé, â³ä’ºìíèé òà ³í.). Ö³

îçíàêè âèêîðèñòîâóþòüñÿ ïðè âèêîíàíí³ íàñòóïíèõ êîìàíä, íàïðèêëàä,

äëÿ ðîçãàëóæåííÿ ïðîãðàìè.

˳÷èëüíèê êîìàíä çáåð³ãຠíîìåð êîìàíäè, ùî âèêîíóºòüñÿ, ³ ò³º¿,

ùî áóäå âèêîíóâàòèñü íàñòóïíîþ. Ïåðåä ïî÷àòêîì âèêîíàííÿ ïðîãðà-

ìè äî íüîãî çàíîñèòüñÿ àäðåñà ¿¿ ïåðøî¿ êîìàíäè.

Ðåã³ñòð àäðåñè ïàì’ÿò³ ì³ñòèòü àäðåñó ïàì’ÿò³, ùî áóäå âèêîðèñ-

òàíà ÌÏ ó íàñòóïíîìó òàêò³ ðîáîòè. Éîãî âèõîäîì º ØÀ.

Ðåã³ñòð  êîìàíä  çáåð³ãຠ êîä  êîìàíäè,  ÿêà  âèêîíóºòüñÿ  â  äàíèé

ìîìåíò.

Ðîáî÷³ ðåã³ñòðè º âíóòð³øíüîþ íàäîïåðàòèâíîþ ïàì’ÿòòþ ÌÏ ³

çàñòîñîâóþòüñÿ äëÿ ïðîì³æíîãî çáåð³ãàííÿ êîä³â äàíèõ ³ àäðåñ, çàáåç-

ïå÷óþ÷è ï³äâèùåííÿ øâèäêî䳿.

ϳäêëþ÷åííÿ âíóòð³øíüî¿ ìàã³ñòðàë³ ÌÏ äî ñèñòåìíî¿ ìàã³ñòðàë³

ÌÏÓ â³äáóâàºòüñÿ ÷åðåç áóôåðí³ ðåã³ñòðè ³íòåðôåéñó ³ âèõ³äí³ ï³ä-

ñèëþâà÷³.

Ïðèñòð³é êåðóâàííÿ óçãîäæóº ðîáîòó âñ³õ âóçë³â ÌÏ.

8.10.4. Çàïàì’ÿòîâóþ÷³ ïðèñòðî¿. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³

Çàïàì’ÿòîâóþ÷³ ïðèñòðî¿ (ÇÏ) çàáåçïå÷óþòü çáåð³ãàííÿ ïðîãðàìè

ðîáîòè, âèõ³äíèõ äàíèõ ³ ðåçóëüòàò³â îïðàöþâàííÿ, îáì³í ³íôîðìàö³ºþ