Характеристики микропроцессоров

Размещено на http://www.allbest.ru

Характеристики микропроцессоров

Микропроцессоры могут быть охарактеризованы более чем одним способом. Основные сведения, используемые для создания или выбора микропроцессоров следующие.

1. Тип микропроцессора (универсальный или специализированный ИС, одночипный или секционированный).

2. Технология: МОП-структура с каналом р-типа, n-канальная МОП-структура, комплементарная МОП-структура, КНС-структура, биполярная ТТЛ-СХЕМА, диод Шотки ТТЛ-СХЕМА, I2L, язык управления вычислительным процессом. (Знание используемой технологии дает идею о требованиях мощности и быстродействии микропроцессора.)

Емкость информационного слова (4, 8, 16, или 32 бита). Она определяет наименьший блок данных, которым может манипулировать микропроцессор как объектом. Он может быть установленным или расширяемым (в случае секционных микропроцессоров).

4. Адресуемая емкость памяти. Она характеризует возможность микропроцессора к доступу к его запоминающему устройству.

5. Вид проверки: зашитый - в программах или записанными программами (микропрограммирование).

6. Быстродействие (или производительность). Наиболее часто, этот параметр заявлен как время, требуемое микропроцессору для выполнения одной операции (или как номер перемещения "между регистрами" в секунду), в терминах тактовой частоты, или времени доступа.

7. Потребляемая мощность.

8. Напряжение питания (номер и значения логических уровней).

9. Размеры пакета и номер штырьков.

10.Условия эксплуатации (номенклатура рабочей температуры, относительная влажность, уровень степень колебаний, и т.д.).

11.Надежность.

12.Стоимость.

Конструкция микропроцессора

Общее. Словари дают определение 'конструкции' (от греческого architekton- 'строитель') как искусство и наука формирования.

Термин 'конструкция' в применении к компьютерам немного произволен, он стал неотъемлемой частью компьютерного использования. Это может быть доказано ссылкой на компьютерные словари и заголовки многих книг.

Однако, что же является конструкцией микропроцессора? Наиболее часто она определяется как общая философия архитектуры микропроцессора, её полная структура, определенное логическое проектирование различных модулей, набора, и спецификации отношений между её аппаратными средствами (то есть её физическое оборудование) и ее программное обеспечение (то есть ее программы, процедуры).

Во многих отношениях, архитектура микропроцессора одинакова для большинства компьютеров, но она также имеет собственные различия.

Очевидно, что всестороннее исследование архитектуры микропроцессора запросило бы охват широкого диапазона вещей. Это могло едва быть сделано в маленькой книге подобно этой, и при этом это не необходимо ввиду цели, сформулированной в заголовке этой главы - введение в микропроцессоры.

Один способ классифицировать множество микропроцессоров, доступных на рынке состоит в том, чтобы группировать их в одночипные типы и секционированные типы. Одночипные микропроцессоры имеют установленную длину слова и установленный набор. Секционные микропроцессоры используют длину слова, которая может быть расширена по желанию. Секционный микропроцессор использует компоненты большой интегральной схемы, названной микропроцессорной секцией, обычно обрабатывающей 4 бита компьютерного слова и размещенной так, чтобы любой их номер мог использоваться одновременно, чтобы образовывать слова любого размера.

Логическое проектирование одночипных микропроцессоров, в большей степени, подобно для универсальных компьютеров.

Вследствие их структуры и использования микропрограммирования, секционные микропроцессоры проявляют критическую гибкость в приложениях и намного лучше в рабочих характеристиках. Используя относительно простые средства, мы можем устроить одновременное выполнение машинных операций, таким образом, расширяя способность компьютеров, сформированных на таких микропроцессорах.

Однако, несмотря на превосходящие возможности секционных микропроцессоров, много прикладных задач, особенно автоматических измерительных приборов, могут легко быть достигнутыми, используя одночипные микропроцессоры. Поэтому, мы ограничим нас взглядом на структуру одночипного микропроцессора.

Структура микропроцессора. Чтобы быть более определенными, мы исследуем структуру 8-битового одночипного универсального микропроцессора. Он состоит из арифметико-логического устройства, блока управления, и нескольких внутренних регистров.

Арифметико-логическое устройство, которое является главной частью ЗУ микропроцессора, обычно состоит из законченного двоичного сумматора быстродействующей схемами переноса, сдвигового регистра, и регистра для временного хранения операндов. Как правило, арифметико-логическое устройство выполняет несколько простых операций в ответ на определенные команды. Эти операции - добавление, вычитание, смещение, передача, логическая функция ИЛИ, логическая функция И. Мы назвали еще две вещи, которые являются плохо знакомыми - регистраторы считывающего устройства и операнды. Позвольте нам определить их прежде, чем мы продолжим обсуждать другие составляющие микропроцессора.

Регистр - электронная схема, которая служит, чтобы получать, временно хранить, и представлять компьютерное слово как строку из 1 и 0. Регистр сделан из триггера, каждый триггер способен обрабатывать один бит информации одновременно (1 или 0). Длина (или ширина) регистра такая же, как размер слова, которое он хранит. Таким образом, 8-битовый регистр состоит из восьми триггеров и может обрабатывать 8-битовое слово.

Блок управления (БУ) - "координаты" работы АЛУ и внутренних регистров в процессе выполнения инструкций. Каждое командное слово состоит из двух частей - кода операции (ОП код) и операнда. Код операции "говорит" блоку управления, что именно он должен создать для контроля микропроцессорных устройств. Операнд поставляет кодированные индикации (то есть адрес), которые говорят, где любые данные, которые будут работать или должны быть восстановлены или записаны в память.

Внутренние регистры, которые расширяют возможности АЛУ, служат внутренней памятью, они в микропроцессорах используются для временного хранения данных и команд. Они также могут выполнять некоторые операции по обработке данных. Как правило, внутренние разделы регистра включают в себя регистры общего назначения и специальные регистры, такие как аккумулятор регистр, регистр адреса памяти, регистр памяти данных, счетчик команд, стек регистров и регистр состояния.

Регистры общего назначения, GPR, которых может быть от 4 до 64, определяют, в известной степени, вычислительные возможности микропроцессоров. Они в основном используются для манипуляций и временного хранения данных.

Аккумулятор так же служит блокнотом для арифметических, логических и операций ввода / вывода. В большинстве микропроцессоров аккумулятор также сохраняет результаты математических операций, которые заменяют операнд, которые первоначально хранились там. Как правило, данные извлекаются из памяти и слова, которые должны быть записаны в память, сначала загружаются в аккумулятор. Размер (или ширина) аккумулятора такая же, как размер слова данных. Некоторые микропроцессоры могут иметь два или более аккумуляторов, это повышает их гибкость и эффективность в решении проблем.

Регистр адреса памяти является специализированным, используется для хранения адреса слова, которое будет выбрано из, или загружаются в, память микропроцессора или других регистров, прежде чем оно пойдет к адресной шине. Максимальное количество непосредственно адресуемых слов данных в памяти зависит от размера адреса регистра памяти. Например, путем перераспределения 0 и 1 в различные биты двухбайтового слова мы можем хранить 216 = 65 536 адресов ячеек памяти (слов) в 16-битной памяти адресный регистр (конечно, одновременно).

Регистр памяти данных используется для хранения слов. Ширина этого регистра такая же, как размер слова данных (8-битный регистр данных, необходимых для хранения одного байта слова, и 16-разрядных данных регистра памяти на два байта слова). микропроцессор одночипный регистр

Регистр инструкции счетчика, содержит адрес памяти следующего слова команды, которое будет выполнено. Как правило, указания конкретной программы хранятся в последовательных ячейках памяти: на один байт инструкции - число, задающее адрес каждой следующей ячейки памяти является на один больше, чем у текущего местоположения. Каждый раз, когда микропроцессор обращается к памяти, счетчик команд увеличивается на единицу, что указывает на ячейку памяти, из которой следующие инструкции должны быть выбраны.

Размещено на Allbest.ru