Toate acestea obligă electricianul să cunoască cel puțin noțiunile de bază ale tehnologiei microprocesoarelor.
Sistemele microprocesoare sunt concepute pentru automatizarea procesării informațiilor și gestionarea diferitelor procese.
Termenul "sistem microprocesor" este foarte larg și unește astfel de concepte precum "Calculator electronic", "Computer de control", "Calculator" etc.
Sistemul microprocesor include hardware sau în limba engleză - software și software (software) - software.
Sistemul microprocesor funcționează cu informații digitale. care este o secvență de coduri digitale.
În centrul oricărui sistem microprocesor este un microprocesor. care este capabil să perceapă numai numerele binare (compuse din 0 și 1). Numerele binare sunt scrise folosind un sistem de numere binare. De exemplu, în viața de zi cu zi folosim sistemul numeric zecimal, în care se utilizează zece caractere sau cifre de 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 pentru a scrie numere. În consecință, în sistemul binar al acestor simboluri (sau cifre) numai două - 0 și 1.
Este necesar să înțelegem că sistemul de numere este doar reguli pentru scrierea numerelor, iar alegerea tipului de sistem este determinată de comoditatea aplicării. Alegerea unui sistem binar se datorează simplității sale, ceea ce înseamnă fiabilitatea funcționării dispozitivelor digitale și ușurința implementării lor tehnice.
Luați în considerare unitățile de măsură ale informațiilor digitale:
Bit (din engleză „Digit binary“ - cifre binare) durează doar două valori, 0 sau 1. Este posibil să codificați valoarea logică „da““sau«nu», starea«on»sau«off»de stat«deschis»sau„închis „etc.
Un grup de opt biți se numește octet, de exemplu 10010111. Un octet permite codarea a 256 de valori: 00000000 - 0, 11111111-255.
Bit este cea mai mică unitate de reprezentare a informațiilor.
Byte este cea mai mică unitate de procesare a informațiilor. Un octet face parte dintr-un cuvânt de calculator, de obicei compus din 8 biți și utilizat ca unitate a cantității de informații atunci când este stocat, transferat și procesat pe un computer. Un octet este folosit pentru a reprezenta litere, silabe și caractere speciale (de obicei toate cele 8 biți) sau cifre zecimale (2 octeți pe 1 octet).
Două octeți interconectați sunt numiți un cuvânt, 4 octeți sunt un cuvânt dublu, 8 octeți sunt un cuvânt cvadruple.
De exemplu, pentru a codifica informațiile textuale, se utilizează o tabelă de cod ASCII (din Codul American Standard pentru schimbul de informații). Un singur caracter este scris cu un octet, care poate lua 256 de valori. Informațiile grafice sunt împărțite în puncte (pixeli), iar codificarea culorilor și poziția fiecărui punct orizontal și vertical sunt făcute.
În plus binar și sistemul zecimal în MS, folosind sistemul hexazecimal, care este utilizat pentru numerele de înregistrare și simboluri 0. 9 AF Utilizarea sa se datorează faptului că un octet descrie numărul hexazecimal de două cifre, ceea ce reduce considerabil înregistrarea codului digital și îl face mai ușor de citit (11111111 - FF).
Tabelul 1 - Înregistrarea numerelor în diferite sisteme de numere
Pentru a determina numărul (de exemplu, valoarea de 100 pentru diferite sisteme numerice pot fi 42, 10010, 25616), la sfârșitul literei latin adăugat indicând sistemul numeric: pentru numere binare literă b, pentru o hex - h, pentru zecimală - d. Numărul fără simbolul suplimentar este considerat zecimal.
Translatarea numerelor de la un sistem la altul și operații de bază aritmetice și logice pe numere vă permite să realizați un calculator de proiectare (aplicația standard a sistemului de operare Windows).
Structura sistemului microprocesor
Sistemul microprocesor se bazează pe un microprocesor (procesor), care îndeplinește funcțiile de procesare și control al informațiilor. Dispozitivele rămase care fac parte din sistemul microprocesor servesc procesorul, ajutându-l să lucreze.
Dispozitivele obligatorii pentru crearea unui sistem microprocesor sunt porturile I / O și parțial memoria. Porturile I / O conectează procesorul la lumea exterioară, furnizând date pentru procesarea și ieșirea rezultatelor procesării sau acțiunile de control. Porturile de intrare includ butoane (tastatură), diferiți senzori; la porturile de ieșire - dispozitive care permit controlul electric: indicatoare, afișaje, contactori, supape electromagnetice, motoare electrice etc.
Memoria este necesară mai întâi pentru stocarea programului (sau a unui set de programe) necesare funcționării procesorului. Programul este o secvență de comenzi, ușor de înțeles de procesor, scrisă de o persoană (de obicei un programator).
Structura sistemului microprocesor prezentat în figura 1. în formă simplificată, procesorul include unitatea logică aritmetică (ALU), care efectuează procesarea digitală a unității de informații și control (CU).
Memoria cuprinde în mod tipic numai continuu-memory (ROM), care este volatil și este destinat pentru stocarea pe termen lung (de exemplu, programe) și memorie operativă (RAM) pentru stocarea temporară a datelor.
Figura 1 - Structura sistemului microprocesor
Procesorul, porturile și memoria comunică între ele prin intermediul autobuzelor. Autobuzul este un set de conductori, uniți de o caracteristică funcțională. Un singur set de autobuze de sistem se numește o coloană vertebrală intra-sistem. în care:
Receptorul de date DB (Data Bus), prin care se schimbă date între CPU, memorie și porturi;
CB bus control (Bus de control), un set de linii care transmit semnale de control diferite de la procesor la dispozitive externe și în spate.
Microprocesorul este un dispozitiv cu comandă software proiectat să proceseze informații digitale și să controleze procesul acestei procesări, realizat sub forma a unuia (sau mai multor) circuite integrate cu un grad ridicat de integrare a elementelor electronice.
Microprocesorul este caracterizat printr-un număr mare de parametri, deoarece este simultan un dispozitiv complex cu comandă software și un dispozitiv electronic (microcircuit). Prin urmare, pentru microprocesor sunt importante atât tipul corpului, cât și sistemul de comandă al procesorului. Capacitățile microprocesorului sunt determinate de conceptul de arhitectură a microprocesorului.
Prefixul "micro" din numele procesorului înseamnă că este realizat prin tehnologie micronă.
Figura 2 - Aspectul microprocesorului Intel Pentium 4
În timpul funcționării, microprocesorul citește instrucțiunile programului din memoria sau portul de intrare și le execută. Ce înseamnă fiecare comandă este determinată de sistemul de comandă al procesorului. Sistemul de comandă este încorporat în arhitectura microprocesorului, iar execuția codului de comandă este exprimată în executarea anumitor micro-operații de către elementele interne ale procesorului.
Arhitectura microprocesorului este organizarea sa logică; determină capacitățile microprocesorului pentru implementarea hardware și software a funcțiilor necesare pentru a construi un sistem microprocesor.
Principalele caracteristici ale microprocesoarelor:
1) Frecvența ceasului (unitate MHz sau GHz) - numărul de impulsuri pe secundă. Clock pulses produce un generator de ceas, care este cel mai adesea localizat în interiorul procesorului. pentru că Toate operațiile (instrucțiunile) se efectuează în cicluri, iar performanța lucrării (numărul de operații efectuate pe unitate de timp) depinde de valoarea frecvenței ceasului. Frecvența procesorului poate varia în anumite limite.
2) Dimensiunea procesorului (8, 16, 32, 64 biți, etc.) - determină numărul de octeți de date procesate pe ciclu de ceas. Dimensiunea procesorului este determinată de lățimea registrelor sale interne. Procesorul poate fi 8 biți, 16 biți, 32 biți, 64 de biți etc. și anume Datele sunt procesate în porțiuni de 1, 2, 4, 8 octeți. Este clar că cu cât este mai mare capacitatea, cu atât este mai mare performanța.
Arhitectură microprocesor internă
Arhitectura internă simplificată a unui microprocesor tipic pe 8 biți este prezentată în figura 3. Trei părți principale pot fi distinse în structura microprocesorului:
2) Unitatea logică aritmetică (ALU). care implementează operațiuni aritmetice și logice;
3) Schema de control și sincronizare - asigură selectarea comenzilor, organizează funcționarea ALU, asigură accesul la toate registrele microprocesorului, percepe și generează semnale de control extern.
Figura 3 - Arhitectura internă simplificată a microprocesorului pe 8 biți
După cum puteți vedea din diagrama, baza procesorului este registrele, care sunt împărțite în registre speciale (având un scop anume) și în scop general.
Baterie - registrul utilizat în marea majoritate a echipelor de procesare logică și aritmetică; este, de asemenea, sursa unuia dintre octeții de date necesari operației ALU și locația unde este plasat rezultatul operației ALU.
semne înregistrare (sau steaguri înregistrare) conține informații despre starea internă a microprocesorului, în special rezultatul ultimei operații ALU. steaguri înregistrează este un registru care nu în sensul obișnuit, ci este doar un set de dispozitive de blocare (pavilion este ridicat sau coborât. De obicei flazh¬ki la zero, preaplin și transporta rezultat negativ.
Registrul de comandă conține octetul de comandă curent, care este decodat de decodorul comenzii.
Liniile de magistrală externe sunt izolate de liniile de autobuz interne folosind tampoane, iar elementele interne principale sunt conectate printr-o magistrală de date internă de mare viteză.
Pentru a îmbunătăți performanța unui sistem multiprocesor, funcțiile procesorului pot fi distribuite între mai multe procesoare. Pentru a ajuta procesorul central, coprocesoarele sunt adesea introduse în computer. orientate spre executarea efectivă a oricăror funcții specifice. Matematica și grafica sunt utilizate pe scară largă. I / O coprocesoare. descărcarea procesorului central de la operații simple, dar numeroase de interacțiune cu dispozitive externe.
În stadiul actual, direcția principală de creștere a performanței este dezvoltarea procesoarelor multi-core. și anume combinând două sau mai multe procesoare într-un singur caz, pentru a efectua mai multe operații în paralel (simultan).
Cele mai importante companii în dezvoltarea și fabricarea procesoarelor sunt Intel și AMD.
Algoritmul sistemului microprocesor
Algoritmul este o rețetă precisă care determină în mod unic procesul de conversie a informațiilor inițiale într-o secvență de operații care permit rezolvarea unui set de sarcini ale unei anumite clase și obținerea rezultatului dorit.
Elementul principal de control al întregului sistem microprocesor este procesorul. El este, cu excepția câtorva cazuri speciale, care controlează toate celelalte dispozitive. Dispozitivele rămase, cum ar fi porturile RAM, ROM și I / O, sunt slave.
Luați în considerare secvența de acțiuni ale microprocesorului în timpul executării instrucțiunilor de program:
3) Comenzile decodorului decodifică (codifică) codul de comandă.
4) În conformitate cu informațiile primite de la decodor, dispozitivul de comandă generează o secvență ordonată de micro-operații care implementează instrucțiunile de comandă, incluzând:
- extrage operanzi din registre și memorie;
- Efectuează instrucțiuni aritmetice, logice sau alte instrucțiuni prescrise de cod;
- în funcție de lungimea comenzii, modifică conținutul PC-ului;
Setul de comenzi ale microprocesorului poate fi împărțit în trei grupe:
1) Comenzi pentru mutarea datelor
2) Comenzi de conversie de date
3) Comanda de transfer comandă
Foarte rar, programul constă dintr-o comandă consecutivă. Numãrul covârºitor de algoritmi necesitã ramificarea programului. Pentru ca programul să poată schimba algoritmul activității sale, în funcție de orice condiție, și să servească drept comandă de transfer de comandă. Aceste comenzi asigură execuția programului pe diferite căi și organizează ciclurile.
Pentru exterior, toate dispozitivele sunt situate în afara procesorului (cu excepția RAM-ului) și conectate prin porturile de intrare / ieșire. Dispozitivele externe pot fi împărțite în trei grupe:
1) dispozitive de comunicație om-calculator (tastatură, monitor, imprimantă etc.);
2) dispozitive de comunicare cu obiecte de comandă (senzori, actuatori, ADC și DAC);
3) dispozitive externe de stocare de capacitate mare (hard disk, unități de disc).
Dispozitivele externe sunt conectate fizic la sistemul microprocesor - prin intermediul conectorilor și logic prin intermediul porturilor (controlorilor).
Pentru interacțiunea dintre procesor și dispozitive externe, se utilizează sistemul de întrerupere (mecanism).
Acesta este un mecanism special care permite în orice moment de către un procesor de semnal extern pentru a face suspenda executarea programului principal pentru a efectua operațiuni asociate cu evenimentul de întrerupere de asteptare, și apoi a reveni la programul principal.
Orice microprocesor are cel puțin o intrare a cererii de întrerupere INT (din cuvântul Interrupt).
Să luăm în considerare un exemplu de interacțiune a procesorului calculatorului personal cu tastatura (figura 4).
Tastatură - un dispozitiv pentru introducerea informațiilor despre caractere și comenzile de control. Pentru a conecta tastatura în computer există un port de tastatură special (chip).
Figura 4 - Funcționarea procesorului cu tastatura
1) Atunci când tasta este apăsată, controlerul de tastatură generează un cod digital. Acest semnal intră în chip-ul portului tastaturii.
2) Portul tastaturii trimite un semnal de întrerupere procesorului. Fiecare dispozitiv extern are propriul număr de întrerupere, conform căruia procesorul îl detectează.
4) Acest program direcționează procesorul către portul tastaturii, iar codul digital este încărcat în registrul procesorului.
5) Codul digital este stocat în memorie, iar procesorul trece la o altă sarcină.
Datorită vitezei mari de operare, procesorul execută simultan un număr mare de procese.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: