Микропроцессоры ПК — это главные модули персональных компьютеров (ПК), которые предназначены для управления функционированием всех остальных модулей ПК и для осуществления арифметико-логических операций над информационными данными.
Введение
Всё техническое оборудование может быть поделено на две большие категории, а именно, это цифровое оборудование и аналоговое. Каждая категория имеет свои достоинства и недостатки. Оборудование, базирующееся на аналоговых компонентах, имеет отличное быстродействие при достаточно небольшом потреблении электроэнергии, но у него недостаточно стабильные параметры. Оборудование, выполненное на базе цифровых технологий, обладают повышенной стабильностью своих параметров, что и является их главным достоинством. Прогресс в сфере цифровых технологий позволил также существенно сократить потребление электроэнергии цифровым оборудованием, что также является их отличной характеристикой.
Микропроцессоры ПК: назначение и основные характеристики
Классификация электронного оборудования на базе микропроцессоров приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Классификация электронного оборудования на базе микропроцессоров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Развитие цифровых технологий привело к значительному увеличению быстродействия цифровых микросхем. Отдельные экземпляры цифровых микросхем способны переключаться примерно за время около четырёх наносекунд. Данным уровнем быстродействия обладают программируемые логические микросхемы с уже прошитым алгоритмом решения необходимой задачи.
Микропроцессором является основной модуль ПК, который предназначен для управления функционированием всех других модулей, а также для реализации арифметических и логических операций над информационными данными.
Задачей микропроцессорного модуля является выполнение следующих основных функций:
- Загрузка и дешифрация команд из модуля основной памяти.
- Загрузка информационных данных из основной памяти и регистрового набора внешних модулей.
- Получение и обработка запросов и команд от модулей управления внешних устройств на их обслуживание.
- Реализация необходимой обработки информационных данных и осуществление записи итогов в модуль основной памяти и внешние устройства.
- Формирование сигналов синхронизации и управления для всех компьютерных и внешних модулей.
Микропроцессорный модуль состоит из следующих компонентов:
- Арифметико-логическое устройство, которое служит для исполнения всего набора арифметических и логических операций над числовыми и символьными данными.
- Устройство управления, которое осуществляет координацию взаимодействия разных компьютерных модулей.
- Блок памяти микропроцессорного модуля, который предназначен для кратковременного сохранения, записи и передачи информационных данных, используемых в вычислительных операциях, осуществляемых в текущих тактах работы компьютера. Память микропроцессора реализована на регистрах и применяется для получения достаточного быстродействия ПК, поскольку главный модуль памяти не всегда может обеспечить быстродействие, сопоставимое с быстродействием микропроцессора.
- Микропроцессорный интерфейс, который предназначен для обеспечения информационного обмена с другими компьютерными модулями.
Устройство управления микропроцессорного модуля осуществляет следующие главные функции:
- Формирование и выдачу во все модули ПК в требуемые временные интервалы необходимых управляющих сигналов (управляющих импульсов), которые обусловлены исполняемой операцией.
- Назначает адреса ячеек памяти, применяемых при осуществлении текущей операции, и отправляет данные адреса задействованным в операции компьютерным модулям.
- Принимает от генератора тактовых импульсов необходимую импульсную очерёдность.
Система интерфейса микропроцессорного модуля состоит из следующих компонентов:
- Узел внутреннего интерфейса микропроцессора.
- Набор буферных запоминающих регистров.
- Устройство управления системной магистралью (шиной) и портами ввода и вывода. Под портами ввода-вывода понимается устройство сопряжения, которое даёт возможность подключения к микропроцессору других устройств.
К микропроцессорному модулю и системной магистрали помимо типовых внешних модулей возможно подключение дополнительных плат с набором интегральных микросхем, расширяющим и улучшающим функциональное обеспечение микропроцессорного модуля. Например, это может быть математический сопроцессор, контроллеры прямого доступа к памяти, сопроцессор для улучшения ввода и вывода данных, контроллеры прерываний и так далее.
Математический сопроцессор служит для ускорения исполнения операций над бинарными числами с плавающей запятой, над переведёнными в двоичные коды десятичными числами, для операций с тригонометрическими функциями. У математического сопроцессора имеется собственная система команд и он функционирует в параллель с основным микропроцессорным модулем, но под его управлением. Итогом является увеличение быстродействия в разы. Многие модели микропроцессоров уже имеют в своей структуре математический сопроцессор.
Контроллеры прямого доступа к памяти осуществляют прямое управление накопителями на магнитных дисках вместо микропроцессора, что значительно увеличивает общую производительность ПК.
Сопроцессор ввода-вывода осуществляет параллельную работу с микропроцессором, что существенно повышает скорость информационного обмена при выполнении обслуживания набора внешних модулей. Микропроцессор освобождается от реализации процедур по вводу и выводу информации, включая и режим прямого доступа к памяти.
Прерыванием является временная остановка исполнения какой-либо программы для оперативного исполнения другой программы, которая на текущий момент является более важной. Контроллер прерываний выполняет обслуживание процедур прерывания программы, принимая запрос на прерывание от внешних модулей. Далее контроллер должен определить какой уровень приоритета имеет данный запрос и выдать сигнал прерывания микропроцессору.
