Що таке мікропроцесор?

Для початку деякі поняття…

Електронна система – в даному випадку це будь-який електронний вузол, блок, прилад або комплекс, що здійснює обробку інформації.

Мікропроцесорна система може розглядатися як окремий випадок електронної системи, призначеної для обробки вхідних сигналів і видачі вихідних сигналів (Рис. 1).


Рис. 1. Електронна система

Що таке мікропроцесор?


Рис. 2. Зовнішній вигляд мікропроцесора

Ядром будь-якої мікропроцесорної системи є мікропроцесор або просто процесор (від англійського processor). Перекласти на нашу мову це слово можна як “обробник”, “опрацьовувач” так як саме мікропроцесор – це той вузол, блок, який здійснює всю обробку інформації всередині мікропроцесорної системи. Решта вузлів виконують всього лише допоміжні функції: зберігання інформації (в тому числі і керуючої інформації, тобто програми), зв’язку з зовнішніми пристроями, зв’язок з користувачем і т.д. Процесор заміняє практично всю “жорстку логіку”, яка знадобилася б у випадку традиційної цифрової системи. Він виконує арифметичні функції (додавання, множення і т.д.), логічні функції (зсув, порівняння, маскування кодів і т.д.), тимчасове зберігання кодів (у внутрішніх регістрах), пересилання кодів між вузлами мікропроцесорної системи і багато іншого.

Кількість таких елементарних операцій, які виконуються процесором, може сягати кількох сотень. Процесор можна порівняти з мозком системи. Але при цьому треба враховувати, що всі свої операції процесор виконує послідовно, тобто одну за одною, по черзі. Звичайно, існують процесори з паралельним виконанням деяких операцій, зустрічаються також мікропроцесорні системи, в яких кілька процесорів працюють над одним завданням паралельно, але це рідкісні винятки. З одного боку, послідовне виконання операцій – беззаперечна перевага, адже дає змогу за допомогою всього лиш одного процесора виконувати будь-які, найскладніші алгоритми обробки інформації. Але, з іншого боку, послідовне виконання операцій призводить до того, що час виконання алгоритму залежить від його складності. Прості алгоритми виконуються швидше складних. Тобто мікропроцесорна система здатна зробити все, але працює вона не дуже швидко, адже всі інформаційні потоки доводиться пропускати через один-єдиний вузол – мікропроцесор (рис. 3). У традиційній цифровій системі можна легко організувати паралельну обробку всіх потоків інформації, правда, ціною ускладнення схеми.


Рис. 3. Інформаційні потоки в мікропроцесорній системі

Отже, мікропроцесор здатний виконувати безліч операцій. Але звідки він дізнається, яку операцію йому треба виконувати в даний момент? Саме це визначається керуючою інформацією, програмою. Програма представляє собою набір команд (інструкцій), тобто цифрових кодів, розшифрувавши які, процесор дізнається, що йому треба робити. Програма від початку і до кінця складається людиною, програмістом, а процесор виступає в ролі слухняного виконавця цієї програми, ніякої ініціативи він не проявляє (якщо, звичайно, справний). Тому порівняння процесора з мозком не дуже коректне. Він всього лише виконавець того алгоритму, який заздалегідь склала для нього людина. Будь-яке відхилення від цього алгоритму може бути викликане лише несправністю процесора або яких-небудь інших вузлів мікропроцесорної системи.

Всі команди, що виконуються процесором, утворюють систему команд процесора. Структура і обсяг системи команд процесора визначають його швидкодію, гнучкість, зручність використання. Всього команд у процесора може бути від кількох десятків до декількох сотень. Система команд може бути розрахована на вузьке коло вирішуваних задач (у спеціалізованих процесорів) або на максимально широке коло задач (в універсальних процесорів). Коди команд можуть мати різну кількість розрядів (займати від одного до декількох байт). Кожна команда має свій час виконання, тому час виконання всієї програми залежить не тільки від кількості команд в програмі, але і від того, які саме команди використовуються. Для виконання команд в структуру процесора входять внутрішні регістри, арифметико-логічний пристрій (АЛП, ALU – Arithmetic Logic Unit), мультиплексори, буфери, регістри та інші вузли. Робота всіх вузлів синхронізується загальним зовнішнім тактовим сигналом процесора. Тобто процесор являє собою досить складний цифровий пристрій (рис. 4).


Рис. 4. Приклад структури найпростішого процесора

Втім, для розробника мікропроцесорних систем інформація про тонкощі внутрішньої структури процесора не є дуже важливою. Розробник повинен розглядати процесор як “чорний ящик”, який у відповідь на вхідні і керуючі коди виконує ту чи іншу операцію і видає вихідні сигнали. Розробнику необхідно знати систему команд, режими роботи процесора, а також правила взаємодії процесора із зовнішнім світом або, як їх ще називають, протоколи обміну інформацією. Про внутрішню структуру процесора треба знати тільки те, що необхідно для вибору тієї чи іншої команди, того чи іншого режиму роботи.

Оставить ответ

Обязательные поля помечены*

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.