Co jsou mikroprocesory, dnes každý ví. Jedná se o jednu z nejzajímavějších technologických inovací v elektronice od vzniku tranzistoru v roce 1948. Zařízení Miracle nejen zahájily revoluci v oblasti digitální elektroniky, ale také pronikly téměř do všech sfér lidského života. Používají se v komplexních řídících řídicích jednotkách, řídících zařízeních, v jednoduchých hracích automatech a dokonce i v hračkách.

Co jsou mikroprocesory?

počítače, velké a nepříliš funkční (ve zjednodušené formě) může být reprezentován jako vývojový diagram, který se skládá ze tří hlavních částí:

, centrální procesorovou jednotku (CPU), který provádí nezbytné logické a aritmetické (mikroprocesorová paměť) a řídí synchronizaci a spolupráci celého systému.

o zařízení, která se používají k poskytnutí údajů do CPU (včetně spínače, analogově-digitální převodníky, čtečka paměťových karet, klávesnice, pevný disk apod. D.) a výstup výsledky výpočtů (LED, displeje, digitální převodníky, tiskárny, plotry, komunikační linky atd.). Takže subsystém I /O umožňuje počítač komunikovat s okolním světem. Taková zařízení se také nazývají periferní zařízení.

Paměť, ve které jsou uloženy příkazy (program) a data. Obvykle skládají z paměti RAM (random access memory) a ROM (DC-onlyčtení)

Mikroprocesor je integrovaný obvod určený k práci jako procesor mikropočítače.

Princip činnosti

Účelem mikroprocesoru je číst každý paměťový příkaz, jeho dekódování a provedení. Procesor zpracovává data v souladu s programovými pokyny ve formě logických a aritmetických operací. Informace jsou extrahovány z paměti nebo pocházejí ze vstupního zařízení a výsledek zpracování je uložen v paměti nebo dodán na příslušné výstupní zařízení, jak je uvedeno v příkazech. To jsou mikroprocesory. K provedení těchto funkcí mají různé funkční bloky. Taková vnitřní nebo organizační struktura CPU, která určuje její práci, se nazývá její architektura.

Na obrázku níže je uveden typický schéma mikroprocesorového zařízení.

Pneumatiky

Mikropočítač pracuje s binárním kódem. Binární informace jsou reprezentovány binárními číslicemi, nazývanými bity. Skupina bitů tvoří strojové slovo (jejich počet závisí na konkrétní implementaci). Obvyklé velikostní slova jsou 4812 1632 a 64 bitů. Byte a půlbajt reprezentují množinu 8 a 4 bitů. Pneumatiky spojují různé jednotky zařízení a umožňují jim výměnu strojních slov. Jsou vyráběny jako samostatný vodič pro každý bit, což umožňuje výměnu všech čísel strojního slova najednou. Zpracování informací v procesoru probíhá také paralelně. Pneumatiky lze tedy považovat za přenosové vedení. Jejich šířka je určena počtem složek jejich signalizaceline Adresou na sběrnici přenáší CPU adresu I /O zařízení nebo paměťové buňky, do které chce přístup. Tato adresa je přijímána všemi zařízeními připojenými k procesoru. Jen to, komu byla žádost adresována, reaguje na ni. Datová sběrnice slouží k odesílání a přijímání informací ze vstupních /výstupních zařízení a paměti, včetně příkazů. Je zřejmé, že je obousměrný a adresa je jednosměrná. Řídicí sběrnice se používá k přenosu a přijímání řídicích signálů mezi mikroprocesorem a různými prvky systému.

Aritmetické logické zařízení a interní registry

Je kombinovaná síť, která provádí všechny logické a aritmetické operace přes data. Mikroprocesor obvykle obsahuje řadu registrů. Používají se při dočasném ukládání příkazů, dat a adres při provádění programu. Například, mikroprocesor Intel 8085 je 8-bitový akumulátor (ACC), červen 8-bitové obecné registry (B, C, D, E, H a L), 8-bitové instrukce registr (IR), která ukládá provedeny další návody, 16-bitový programový čítač řeší následující příkaz, který musí být vybrán z paměťové IR, 16-bit ukazatel zásobníku, registrovat vlajkových signálů splnění určitých podmínek vyplývajících během provádění aritmetických a logických operací, a jiní speciální registry pro interní procesy, přístup k nimž programátor neexistuje.

Dekodér, řídicí jednotka a paměť

Dešifruje každý příkaz a spravuje externí ainterní bloky zajišťující správnou logiku systému. Pro ukládání příkazů, dat a výpočetních výsledků jsou vyžadována paměťová zařízení polovodičů. Program je uložen v paměti připojené k mikroprocesoru prostřednictvím adresové sběrnice a datové sběrnice a řídicí jednotky (jako I /O zařízení).

Rozhraní

Je-li k CPU připojeno jedno nebo více zařízení I /O, je potřeba odpovídající rozhraní. Provádí následující 4 funkce:

vyrovnávací paměť, nutná pro zajištění kompatibility mikroprocesoru a periferie;

dekódování adresy pro výběr jednoho z více I /O zařízení připojených k systému;

příkazy pro dekódování vyžadované pro provádění jiných funkcí než přenosu dat;

synchronizace a správa všech výše uvedených funkcí.

Předávání informací

Výměna dat mezi periferním zařízením a mikropočítačem se týká buď jejich programového přenosu nebo přímého přístupu do paměti. V prvním případě stažený program požádá o vstupní /výstupní systém pro přenos dat z nebo do mikroprocesoru. Informace zpravidla vstupují do baterie, i když mohou být zapojeny i další interní registry. Programování se obvykle používá při odesílání malého množství dat na pomalých vstupních /výstupních zařízeních, jako jsou multiplikátory periferie, periferní ALU atd. V takových případech je přenos obvykleprovedeno slovem.

Přímý přístup k paměti nebo cyklům snímání je řízen periferním zařízením. Systém IO zpoždění nucen mikroprocesor, dokud není přenos dokončen. Protože proces je řízen hardwarem, rozhraní je složitější, než je nutné pro programový přenos dat. Používá-li to nutné poslat velký blok dat, jako jsou periferní úložištích, jako jsou diskety vysoké čtenáře.

čtecích zařízení

pro vývoj uživatelských rozhraní k dispozici velký hardwaru. To zahrnuje multiplexory a demultypleksorы, ovladače řádku a přijímače, pufry, stabilní a monostabylnыe multivibrátory spouštějí blokovací hradlové obvody, posuvné registry, a tak dále. D. K dispozici je více komplexní programovatelné rozhraní, funkce, které lze změnit tým mikroprocesor. Tato rozhraní mohou být obecná nebo zvláštní.

Programovací jazyky

Vzhledem k tomu, počítač může ukládat a zpracovávat informace binární povel za to, že auto by měly být zastoupeny v binárním formátu. V tomto formuláři je program v jazyce stroje. jazykové montáž příkazy, včetně skladování, jsou alfanumerické znaky, tzv mnemotechnickou pomůcku. V porovnání s jazykem stroje jejich použití usnadňuje psaní programů. Nicméně pokud je program napsán v takovém mnemotechnickém jazyce, měl by být přeložen do instrukce,srozumitelné pro stroj, aby mohly být uloženy a prováděny mikropočítačem. V podstatě je jeden příkaz assembleru vysílán v jediném příkazu jazyka stroje. Psaní aplikací na assembleru je velmi únavné a vyžaduje spoustu času. Proto se rozšířené jazyky na vysoké úrovni, jako jsou Fortran, Cobol, Algol, Pascal, které pak mohou přeložit do strojního jazyka. V takovém případě obvykle jeden operátor splňuje několik pokynů jazyka stroje.

Sada příkazů mikropočítače

Hlavní charakteristiky mikroprocesoru jsou také určeny sadou instrukcí. Obvykle se skládá ze 5 skupin:

skupina přenosu dat. Tyto příkazy pomáhají přesunout informace mezi registry uvnitř mikroprocesoru, mezi pamětí a registrovými nebo paměťovými buňkami.

Aritmetická skupina umožňuje vytvářet, odečítat, zvyšovat nebo snižovat data v paměti nebo registrech (například kompilovat obsah dvou registrů CPU).

Logická skupina se používá pro operace I, OR, s výjimkou OR, porovnání, cyklického posunu, přidání dat do paměti nebo registrů (například přeskočit obvod NEBO obsah dvou registrů mikroprocesoru).

Skupina větvení zahrnuje bezpodmínečné a podmíněné přechody, volání podprogramů a návrat z nich. Podmíněné pokyny slouží k tomu, aby se zajistilo, že konkrétní operace bude provedena pouze v případě, že je splněna určitá podmínka (například pokud chcete jít na konkrétní příkaz, když je výsledek posledního výpočtu nulový). Poskytují příležitost samotnému programu přijmoutřešení

Skupina stohu, O a mikroprocesorové řízení umožňuje přenos dat mezi procesorem a periferií, manipuluje stoh a mění příznaky vnitřní kontroly. Tyto příkazy umožňují programátor pro zastavení zařízení, přenese do stavu vypnutí, zapnout nebo vypnout systém přeruší, a tak dále. D.

instrukcí uložených společně s daty v paměti může být až do 1 nebo více bajtů. Dlouhé příkazy jsou uloženy v po sobě jdoucích paměťových buněk, a adresu prvního bajtu je vždy použita jako adresa celého týmu. Navíc první bajt je vždy operační kód.

Chronologie

To je mikroprocesor, se svět dozvěděl v roce 1971, když první americká společnost Intel oznámila Intel 4004. To bylo provedeno na jediném čipu a byla 4 bitů (tedy pracovat současně 4 bity dat). Inspirováni úspěchem 4004, Intel představil Intel vylepšenou verzi 4040. Mnoho dalších firem se také oznámila 4-bitové mikroprocesory. Například Rockwell International PPS4 NEC? COM 4 a Toshiba T3472. První 8bitový procesor byl zaveden v roce 1973 stejnou společností. Byl to Intel 8008, po němž následovala vylepšená verze 8030. Několik dalších výrobců následovalo tento příklad. Nejznámější 8-bitový mikroprocesor Intel 8085 byly Motorola M6800 NEC? COM85AF, National * SC /MP, Z80 a Fairchild F8. Pak tam byly 12 - a 16 - bit PROCESSORS. Jako příklady lze uvést první IM Intersil 6100 a Toshiba T3190 a druhá - Intel Texas Instruments TMS 8086 9940 a 9980 9440 Fairchild Motorola M68000 Zilog Z670. Změny výkonný mikroprocesor v roce 1971 byly zaměřeny na zlepšení architekturysada příkazů, zvýšení rychlosti, zjednodušení požadavků na napájení a zvýšení objemu paměti a prostředky vstupu a výstupu v jednom čipu. První typy mikroprocesorů (400440408008) byly založeny na technologii PMOS, která díky omezením rychlosti ustupovala NMOS. Jiné technologie zahrnují CMOS, TTL, DTL, RTL.