Концепция микропроцессора

Микропроцессор - это мозг компьютера, который выполняет всю работу. Это компьютерный процессор, который включает все функции CPU (центрального процессора) на одной интегральной микросхеме или на нескольких микросхемах. Микропроцессоры были впервые представлены в начале 1970-х годов. 4004 был первым микропроцессором общего назначения, использованным Intel для создания персональных компьютеров. Появление недорогих микропроцессоров общего назначения сыграло важную роль в развитии современного общества.

Микропроцессор

Мы подробно изучим характеристики и компоненты микропроцессора.

Характеристики микропроцессоров

Микропроцессоры представляют собой многофункциональные устройства, которые могут быть предназначены для общих или специализированных функций. Микропроцессоры ноутбуков и смартфонов являются универсальными, тогда как микропроцессоры предназначены для графической обработки или машинного зрения. Есть некоторые характеристики, которые являются общими для всех микропроцессоров.

Это наиболее важные определяющие характеристики микропроцессора -

  • Тактовая частота
  • Набор инструкций
  • Размер слова

Тактовая частота

Каждый микропроцессор имеет внутренние часы, которые регулируют скорость, с которой он выполняет инструкции, а также синхронизируют его с другими компонентами. Скорость, с которой микропроцессор выполняет инструкции, называется тактовой частотой . Тактовые частоты измеряются в МГц или ГГц, где 1 МГц означает 1 миллион циклов в секунду, тогда как 1 ГГц соответствует 1 миллиарду циклов в секунду. Здесь цикл относится к единственному циклу электрического сигнала.

В настоящее время микропроцессоры имеют тактовую частоту в диапазоне 3 ГГц, что является максимумом, которого могут достичь современные технологии. Более высокие скорости генерируют достаточно тепла, чтобы повредить сам чип. Чтобы преодолеть это, производители используют несколько процессоров, работающих параллельно на чипе.

Размер слова

Количество битов, которые могут быть обработаны процессором в одной инструкции, называется размером слова . Размер слова определяет объем оперативной памяти, к которой можно получить доступ за один раз, и общее количество контактов на микропроцессоре. Общее количество входных и выходных контактов в свою очередь определяет архитектуру микропроцессора.

Первым коммерческим микропроцессором Intel 4004 стал 4-битный процессор. У него было 4 входа и 4 выхода. Количество выходных контактов всегда равно количеству входных контактов. В настоящее время большинство микропроцессоров используют 32-битную или 64-битную архитектуру.

Набор инструкций

Команда, данная цифровой машине для выполнения операции над частью данных, называется инструкцией . Базовый набор инструкций уровня машины, для которых предназначен микропроцессор, называется набором команд . Эти инструкции выполняют эти типы операций -

  • Передача данных
  • Арифметические операции
  • Логические операции
  • Контроль потока
  • Ввод / вывод и управление машиной

Компоненты микропроцессора

По сравнению с первыми микропроцессорами, современные процессоры очень маленькие, но все же они имеют эти основные части прямо с первой модели -

  • Процессор
  • автобус
  • Память

Процессор

Процессор изготовлен как очень крупномасштабная интегральная схема (СБИС) и состоит из следующих частей:

  • Регистр инструкций - содержит команду для выполнения.

  • Декодер - декодирует (преобразует в язык машинного уровня) инструкцию и отправляет ее в АЛУ (Арифметическая логическая единица).

  • ALU - имеет необходимые схемы для выполнения операций арифметики, логики, памяти, регистров и программ.

  • Регистр - содержит промежуточные результаты, полученные при обработке программы. Регистры используются для хранения таких результатов, а не ОЗУ, потому что доступ к регистрам почти в 10 раз быстрее, чем доступ к ОЗУ.

автобус

Соединительные линии, используемые для соединения внутренних частей микропроцессорной микросхемы, называются шиной. В микропроцессоре есть три типа шин:

  • Шина данных - Линии, которые переносят данные в и из памяти, называются шиной данных. Это двунаправленная шина, ширина которой равна длине слова микропроцессора.

  • Адресная шина. Он является однонаправленным и отвечает за передачу адреса ячейки памяти или порта ввода / вывода из процессора в память или порт ввода / вывода.

  • Шина управления - Линии, которые переносят сигналы управления, такие как тактовые сигналы, сигналы прерывания или сигнал готовности , называются шиной управления. Они двунаправлены. Сигнал, который обозначает, что устройство готово к обработке, называется сигналом готовности . Сигнал, который указывает устройству на прерывание его процесса, называется сигналом прерывания .

Память

Микропроцессор имеет два типа памяти

  • ОЗУ - Оперативная память - это энергозависимая память, которая стирается при отключении питания. Все данные и инструкции хранятся в оперативной памяти.

  • ROM - постоянная память - это энергонезависимая память, данные которой остаются нетронутыми даже после выключения питания. Микропроцессор может читать из него в любое время, но не может писать в него. Он заранее запрограммирован самыми важными данными, такими как последовательность загрузки, изготовителем.