Структура и описание работы микропроцессора

МИНИСТЕРСТВА  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГОСУДАРСТВЕННОГО  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ

  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курский филиал 

РЕГИСТРАЦИОННЫЙ НОМЕР 

Факультет: Экономический

Курс: 1

Шифр: Мен-П-1175 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

Дисциплина: информатика

Студент: С.В. Латышева

Рецензент: к.т.н. С.И. Татулов

Дата получения    _____________________________________________________

Дата возврата       _____________________________________________________

Оценка    ____________________________________________________________

Подпись преподавателя  _______________________________________________ 
 
 
 
 

Курск 2010 
 
 
 
 
 

Структура и описание работы микропроцессора 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Общая характеристика микропроцессора.

Структура микропроцессора.

Работа микропроцессора.

Последовательность  работы блоков ПК.

Список литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОПРОЦЕССОРА 

   Микропроцессор, иначе, центральный процессор-Central Processing Unit (CPU)- функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненных в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

   Для МП на БИС или СБИС характерны:

• простота производства (по единой технологии);
• низкая стоимость (при массовом производстве);
• малые габариты (пластина площадью несколько квадратных сантиметров или кубик со стороной несколько миллиметров);
• высокая надежность;
• малое потребление энергии.                                                  Микропроцессор выполняет следующие функции:
• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
• чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

   Разрядность шины данных микропроцессора  определяет разрядность ПК в  целом; разрядность шины адреса МП-его адресное пространство.

   Адресное пространство – это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.

   Микропроцессоры различаются по имеющимся в их наличии ресурсам, что влияет на скорость их работы они могут отличаться как числом, так и размерами самих регистров. Размеры определяются числом бит, с которыми он может работать одновременно, т. е. 16 – битному микропроцессору необходим один или более регистров размерностью в 16 бит. Бит – это двоичный разряд, принимающий значение 0 или 1 и являющийся наименьшим количеством информации. Наряду с битом широко используются следующие понятия: байт, равный 8 бит, килобайт (Кб) равный 1024 байт, мегабайт (Мб) равный 1024 Кб, гигабайт (Гб) равен 1024 Гб. Байт информации используется для кодирования и представления в ПЭВМ одного символа (буквы, цифры, знака и т. п.). На скорость обработки информации оказывает влияние и число бит в шине данных. Микропроцессора с 8 -, 16-, 32- битными шинами данных используются различными модификациями компьютеров IBM. Число бит адресной шины влияет на объем адресной памяти, например, микропроцессор с 16- адресными линиями может работать с 65536 различными ячейками памяти (64К).  

СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА. 

   Микропроцессор (МП)- это центральный блок  ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входит:

• Устройство управления (УУ);
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• Микропроцессорная память (МПП);
• Интерфейсная часть  микропроцессора;

Устройство  управления

   Устройство управления является функционально наиболее сложным устройством ПК. Оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины.

    Регистр команд - запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд.

   Дешифратор операций – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множеств, имеющихся у него выходов.

Постоянно запоминающие устройство микропрограмм - хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимых для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.

   Узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП)- устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП.

   Кодовые шины данных, адреса и инструкций - часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора. В общем случае устройство управления формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

• выборки из регистра – счетчика адреса команды МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;
• выборки из ячеек ОЗУ когда очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;
• расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;
• считывание из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;
• считывание из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формировании полных адресов операндов;
• выборки операндов (по сформированным адресам) и выполнении заданной операции обработки этих операндов;
• записи результатов операции в память;
• формирования адреса следующей команды программы.

 
 
 
 

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

   Функционально  АЛУ состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).

   Сумматор – вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного машинного слова.

Регистры – быстро действующие ячейки памяти различной длины: регистр 1 (pr1) имеет разрядность двойного слова, а регистр 2 (pr2)- разрядность слова.

   При выполнении операций  в pr1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции – результат; в pr2- второе число, участвующее в операции (по завершении операции информация в нем не изменяется). Регистр1 может принимать информацию с кодовых шин данных, и выдавать информацию на них, регистр 2 только получает информацию с этих шин.

   Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления, и преобразует их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.

   АЛУ  выполняет арифметические операции ( +, - ,*, : ) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. только над целыми двоичными числами.

   Выполнение  операций над двоичными числами  с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется или с привлечением математического сопроцессора, или по специально составленным программам.

Микропроцессорная память

   Микропроцессорная память – память наибольшей емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия (время обращения к МПП, т.е. время, необходимое на поиск, запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами – тысячными долями микросекунды).

   Она  предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины участвующей в вычислениях, МПП используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

   Микропроцессорная  память состоит из  быстродействующих регистров  с разрядностью не менее машинного слова. Количество и разрядность регистров в разных микропроцессорах различны: от 14 двухбайтных регистров у МП 8086 до нескольких десятков регистров разной длинны МП Pentium.

   Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные.

   Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (адреса команды, например), признаков результатов выполнения операций и режимов работы ПК (регистр флагов, например) и др.

   Регистры общего  назначения являются универсальными и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении  ряда процедур.

Интерфейсная  часть микропроцессора

Интерфейсная  часть МП предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.

   Интерфейсная  часть включает в свой состав  адресные регистры МПП, узел  формирования адреса, блок регистров  команд, являющийся буфером команд  в МП, внутреннюю интерфейсную  шину МП и схемы управления  шиной  и портами ввода-вывода.

   Порты ввода-вывода - это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес – номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода – вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

   Порт  устройства содержит аппаратуру  сопряжения и два регистра  памяти – для обмена данными  и обмена управляющей информацией.  Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства (НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер, сопроцессор и др.) имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода – вывода.

   Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

• формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на прием или передачу и др.);
• прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его состоянии;
• организацию сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода – вывода и МП.