Що таке мікропроцесори? Типи мікропроцесорів

Комп'ютерні технології дозволяють нам працювати зі значною ефективністю. Але як вони взагалі функціонують? Цьому допомагає цілий асортимент різних приладів і пристроїв. І одним з них є мікропроцесор. Що це таке? Які в нього функції? Якими характеристиками володіє це пристрій? Що таке мікропроцесорна архітектура? Які параметри від неї залежать?

Що таке мікропроцесори?

Так називається пристрій, який є програмно керованим. Його завдання – обробка цифрової інформації і керування цим процесом. Мікропроцесор управління повинен бути невеликим, але одночасно функціональним. З цього витікає цілий ряд властивостей, про які буде розказано. Реалізовується мікропроцесор на (зверх)великих інтегральних схемах ((С)БІС), яких може бути кілька штук. Для них характерними є:

Низька вартість (відноситься до масового виробництва).

Простота виготовлення (по одній технології);

Займає мало місця (кілька квадратних сантиметрів або навіть міліметрів).

Відрізняються високою надійністю.

Споживають мало енергії.

Пристрій мікропроцесора значним чином залежить від побудови його архітектури. Далі про це буде вестися мова і в рамках статті буде розглянуто три типи.

Функції

Це те, з-за чого їх взагалі створюють. Отже, функції мікропроцесора:

Читають і дешифрують команди, що надходять з основної пам'яті.

Приймають і обробляють запити від адаптерів про обслуговування зовнішніх пристроїв (ВП).

Читають дані з оперативної пам'яті і регістрів ВУ.

Створюють керуючі сигнали, за допомогою яких керують іншими вузлами і блоками персонального комп'ютера.

Обробляють дані і роблять їх запис в оперативну пам'ять, а також регістри зовнішніх пристроїв.

Основні характеристики мікропроцесора

Всього їх виділяють чотири:

Розрядність.

Продуктивність.

Система команд.

Об'єм адресної пам'яті.

Групи мікропроцесорів

Їх виділяють три:

CISC. Присутній повний набір команд.

RISC. Присутній скорочений набір команд.

MISC. Присутній мінімальний набір команд, але володіють дуже високою швидкодією для цього класу пристроїв.

Мікропроцесори типу CISC

Вони можуть функціонувати у складі обчислювальної мережі. Також присутня можливість багатозадачної роботи і захист пам'яті. Мікропроцесори даного типу можуть функціонувати в двох режимах: захищеному і реальному. Перший передбачає можливість багатозадачності і безпосередній доступ до розширеної пам'яті. До того ж вона захищається від сторонніх звернень. В реальному режимі проводиться емуляція роботи мікропроцесора 8086 і існує однозадачная робота.

Мікропроцесори типу RISC

Мають прості самі використовувані команди. При необхідності виконати щось складне проводиться «збірка» необхідного функціоналу. На виконання команди витрачається всього один машинний такт за рахунок паралельного виконання та їх накладення. Для порівняння, у CISC на саму малу піде цілих чотири.

З чого складається мікропроцесор?

У ньому виділяють дві частини:

Операційна. Містить пристрій управління, арифметико-логічний та мікропроцесорна пам'ять.

Інтерфейсна. Містить адресні регістри, схеми управління портами і шиною, а також блок команд.

Важливою є архітектура – логічна організація мікропроцесора, яка визначає його особливості, властивості і можливість побудови обчислювальної системи на базі цього пристрою. Розрізняють три основних типи: CISC, RISC та MISC (це якщо говорити про універсальні прилади). Так, у них є кілька груп регістрів, що працюють з різним ступенем випередження. Це дозволяє виконувати операції буквально «у конвеєрному режимі». Це позитивно позначається на ефективному швидкодії. Мікропроцесор комп'ютера зазвичай обслуговує тільки один пристрій – припустимо, клавіатуру.

Архітектура CISC

Complex Instruction Set Computer - комплексні інструкції для комп'ютера. Характеристики мікропроцесора з даної архітектурою є такими:

Мають велике число команд, які відрізняються своїм функціоналом, довжиною і форматом.

Використовуються різні системи адресації.

Присутня складна кодування команд.

Що таке мікропроцесори даної архітектури? Це складні пристрої, головний наголос в яких робиться на функціональність.

Архітектура RISC

Reduced Instrucktion Set Computer – однорідні інструкції для комп'ютера. Характеристики мікропроцесора з даної архітектурою є такими:

Застосовує спрощений тип системи команд: всі вони володіють однаковим форматом з простою кодуванням. Дані з ОПЕРАТИВНОЇ пам'яті в регістри мікропроцесора і навпаки переміщуються з допомогою завантажувальних інструкцій.

Незважаючи на високу швидкодію, ці мікропроцесори можуть володіти порівняно низькою частотою і меншим ступенем інтеграції НВІС.

Команди виробляють менше навантаження на ОЗП.

Але налагоджувати роботу програм на RISC значно складніше, ніж на CISC.

Неможливо використовувати однакові програми з CISC.

Архітектура MISC

Multipurpose Instruction Set Computer – багатоцільові інструкції для керування комп'ютером. Є спробою поєднання в собі переваг CISC і RISC. Тут елементна база збирається з окремих частин (які часто об'єднують в одному корпусі):

Основна частина. Базується на архітектурі RISC.

Розширювана частина. На ній знаходиться підключений ПЗУ мікропрограмного управління.

Сама система набуває властивості CISC. Так, основні команди тут працюють на базисі, наданому RISC. Одночасно існує розширення, яка «створює» мікропрограми. Базис RISC виконує всі свої команди за один такт. А розширення використовує складний набір команд. Завдяки наявності ПЗУ усувається той недолік RISC, що коли з мови високого рівня компілюється код операції, то він є вже дешифрированным і відкритим для програміста. Ось що таке мікропроцесори, і такими властивостями вони повинні мати з точки зору даної архітектури їх побудови.

Висновок

Що таке мікропроцесори і що лежить в основі їх функціонування – ми розглянули. Звичайно, щоб розібрати у всіх нюансах дані пристрої, необхідно присвятити багато часу і ознайомитися не з однією книгою і збіркою лекцій. Але сам базис вже є.