Funcțiile dispozitivelor de trunchi
Această prelegere descrie funcțiile principalelor dispozitive ale sistemului microprocesor: procesor, memorie, dispozitive I / O, principiile dispozitivului și conexiunea la coloana vertebrală.
Curs 3. Funcțiile dispozitivelor de trunchi
Cuvinte cheie: interfata, registre, buffere, ALU, RAM, ROM, stiva,
Să analizăm modul în care dispozitivele principale ale sistemului microprocesor interacționează pe linia principală: procesor, memorie (operațional și permanent), dispozitive de intrare / ieșire.
În plus față de ieșirile pentru semnalele celor trei magistrale principale, procesorul are întotdeauna un pin (sau două ieșiri) pentru conectarea unui semnal de ceas extern sau a unui rezonator cuarț (CLK), deoarece procesorul este întotdeauna un dispozitiv tactat. Cu cât este mai mare viteza ceasului procesorului, cu atât funcționează mai repede, adică cu cât execută mai repede comenzi. Cu toate acestea, viteza procesorului este determinată nu numai de viteza ceasului, ci și de caracteristicile structurii sale. Procesoarele moderne execută majoritatea comenzilor într-un singur ciclu de ceas și au mijloacele de a executa mai multe comenzi în paralel. Viteza procesorului nu este direct conectată și rigidă cu rata de schimb de pe coloana vertebrală, deoarece viteza schimbului de-a lungul trunchiului este limitată de întârzierile de propagare și distorsiunile semnalului de pe portbagaj. Aceasta înseamnă că viteza ceasului procesorului determină numai viteza internă, și nu cea externă. Uneori, viteza ceasului procesorului are o limită inferioară și superioară. Dacă limita superioară a frecvenței este depășită, procesorul se poate supraîncălzi, precum și defecțiunile și, ceea ce este cel mai neplăcut, nu apare întotdeauna și neregulat. Deci, odată cu schimbarea acestei frecvențe, trebuie să fii foarte atent.
Fig. 2.16. Schema de pornire a procesorului.
Uneori, un cip de procesor are încă una - două intrări de întreruperi radiale pentru a gestiona situații speciale (de exemplu, pentru a întrerupe de la un temporizator extern).
Busul de alimentare al unui procesor modern are, de obicei, o tensiune de alimentare (+ 5V sau + 3, ZV) și un fir comun ("sol"). Primii procesori au necesitat adesea mai multe tensiuni de alimentare. Unele procesoare au un mod de alimentare scăzut. În general, procesoarele moderne cu microcircuite, în special cu viteze mari de ceas, consumă destulă putere. Ca urmare, pentru a menține temperatura normală de funcționare a carcasei, acestea trebuie adesea instalate radiatoare, ventilatoare sau chiar micro-frigidere speciale.
Pentru a conecta procesorul la portbagaj, se folosesc cipuri tampon, oferind, dacă este necesar, demultiplexarea semnalelor și tamponarea electrică a semnalelor trunchiului. Uneori, protocoalele de schimbare a magistralei de sistem și a procesoarelor nu se potrivesc, atunci chips-urile tampon reconciliază și aceste protocoale între ele. Uneori, într-un sistem microprocesor se utilizează mai multe trunchiuri (sistem și local), apoi pentru fiecare trunchi se utilizează un nod tampon. Această structură este tipică, de exemplu, pentru computerele personale.
Astfel, funcțiile principale ale fiecărui procesor sunt următoarele:
• prelevarea de probe (citirea) comenzilor executabile;
• introducerea (citirea) datelor din memorie sau a unui dispozitiv de intrare / iesire;
• ieșire (scriere) a datelor în memorie sau la dispozitive de intrare / ieșire;
• prelucrarea datelor (operandi), inclusiv operațiunile aritmetice pe ele;
• procesarea întreruperilor și modul de acces direct. Structura microprocesorului poate fi simplificată în următoarea formă (figura 2.17).
Fig. 2.17. Structura internă a microprocesorului.
Funcțiile principale ale nodurilor prezentate sunt următoarele.
Ideea de conducte de dezvoltare a fost de a utiliza cache-ul procesorului intern, care este umplut cu echipe, în timp ce procesorul este ocupat executarea comenzilor anterioare. Cu cât cache-ul este mai mare, cu atât este mai puțin probabil ca acesta să fie eliminat în momentul comenzii de tranziție. Este clar că prelucrarea comenzilor din memoria internă, procesorul poate fi mult mai rapidă decât cele care se află în memoria externă. Cache-ul poate stoca date care sunt procesate în acest moment, de asemenea, accelerează munca. Pentru accelerarea în procesoare încarc moderne folosesc alinierea eșantionului și decodificare, decodificarea simultană a mai multor echipe, echipe multiple conducte paralele, instrucțiunea de predicție ramură și alte metode.
Unitatea logică aritmetică (sau ALU, ALU) este proiectată să proceseze informații în conformitate cu comanda primită de procesor. Exemplele includ operații logice de procesare (cum ar fi logică „AND“, „OR“, „SAU exclusiv“, etc.), adică operațiuni binari operanzi și operații aritmetice (cum ar fi adunare, scădere, înmulțire, împărțire, și r. d.). Deasupra celor care codifică operația, unde rezultatul este plasat - este determinat de comanda care este executată. Dacă comanda este redusă la transferul de date fără a fi procesată, UAU nu participă la executarea acesteia.
Viteza ALU determină în mare măsură performanța procesorului. Și este importantă nu numai frecvența semnalului de ceas, care este tactat de către ALU, ci și numărul de cicluri de ceas necesare pentru performanța unei anumite echipe. Pentru a îmbunătăți performanța, dezvoltatorii tind să aducă timpul de execuție a comenzii la un singur ciclu de ceas și, de asemenea, să se asigure că ULE funcționează la cea mai înaltă frecvență posibilă. O modalitate de a rezolva această problemă este de a reduce numărul de comenzi AL executate de echipe, creând procesoare cu un set redus de comenzi (așa-numitele procesoare RISC). O altă modalitate de a spori performanța procesorului este utilizarea mai multor ALU paralele.
În ceea ce privește operațiunile pe numere în virgulă mobilă și alte operațiuni complexe speciale, sistemele bazate pe primele procesoare care le-au pus în aplicare o secvență de instrucțiuni simple, speciale (rutine, dar apoi calculatoarele speciale au fost dezvoltate - coprocesoare matematica, care a înlocuit procesorul principal pe durata unei astfel de În microprocesoarele moderne, coprocesoarele matematice fac parte din structură ca parte integrantă.
Schema de control direct al accesului la memorie servește la deconectarea temporară a procesorului de la magistralele externe și la suspendarea procesorului pentru timpul acordării accesului direct la dispozitivul care îl solicită.
Logica de control organizează interacțiunea tuturor nodurilor procesoarelor, redirecționează datele, sincronizează procesorul cu semnale externe și implementează procedurile de intrare și ieșire.
Registrele interne ale oricărui microprocesor efectuează în mod necesar două funcții de serviciu:
În diferite procesoare, pentru fiecare dintre aceste funcții, pot fi alocate unul sau două registre interne. Aceste două indicii diferă de celelalte, nu numai în ceea ce privește scopul lor specific, de serviciu, sistem, ci și într-un mod special de modificare a conținutului. Conținutul programelor lor poate fi modificat numai în caz de urgență, deoarece orice eroare în acest caz amenință să perturbe calculatorul, să atârne și să corupe conținutul memoriei.
Stiva va fi discutată mai detaliat în secțiunea următoare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: