6. Микропроцессоры.

Микропроцессор (МП), или central processing unit (GPU) — функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

-  вычисление адресов команд и операндов;

-  выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);

-  выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних уст­ройств (ВУ);

-  прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

-  обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;

-  выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

-  переход к следующей команде.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

-  разрядность;

-  рабочая тактовая частота;

-  размер кэш-памяти;

-  состав инструкций;

-  конструктив;

-  рабочее напряжение и т. д.

Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины, адреса МП определяет его адресное пространство.

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

Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродей­ствие, ибо каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быс­тродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины материнской платы, с которой работает (может работать) МП.

Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:

-  L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП 486 и у МП 386SLC);

-  L2 — память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pen­tium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности мик­ропроцессорной шины.

Состав инструкций — перечень, вид и тип команд автоматически исполняемых МП.

Все микропроцессоры можно разделить на четыре группы:

1.  МП типа CISC (Complex Instruction Set Command ) с полным набором системы команд.

2.  МП типа RISC (Redused Instruction Set Command) с усеченным набором системы команд.

3.  МП типа VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом.

4. МП типа MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и т. д.

Конструктив определяет те физические разъемные соединения, в которые устанавливается МП и которые определяют пригодность материнской платы для уста­новки МП. Разные разъемы имеют разную конструкцию (Slot — щелевой разъем, Socket — разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются сиг­налы и рабочие напряжения.

Рабочее(ие) напряжение(ия) также определяет пригодность материнской платы для установки МП.

.

7. Физическая и функциональная структура микропроцессора.

Микропроцессоры – это функционально законченное программно-выполняемое устройство обработки информации выполненная на интегральных схемах.

Функции:

1. Вычисление адресов команд и операндов

2. Выборка и дешифрация команд из основной памяти

3. Выборка данных из основной памяти, регистров микропроцессора и регистров адаптеров внешних устройств

4. Прием и обработка запросов и команд от адаптеров внешних устройств

5. Обработка данных и их запись в основную память или в регистры микропроцессора или в регистры адаптеров внешних устройств

6. Выработка управляющих сигналов для всех блоков и узлов компьютера

7. Переход к следующей команде

Физическая структура микропроцессора.

Ядро процессора содержит главный управляющий и исполняющие модули - блоки выполнения операций над целочисленными данными. К локальным управляющим схемам относятся: блок плавающей запятой, модуль предсказания ветвлений, модуль преобразования CISC-инструкций во внутренний RISC-микрокод, регистры микропроцессорной памяти, регистры кэш памяти 1-го уровня (отдельно для данных и инструкций), шинный интерфейс и многое другое.

В состав микропроцессора Pentium обычно входят следующие физические компоненты: Core- ядро МП;Execution Unit -- исполняющий модуль;Integer ALU -- АЛУ для операций с целыми числами (с фиксированной запятой);Registers -- регистры;Floating Point Unit -- блок для работы с числами с плавающей запятой;Primary Cache -- кэш первого уровня, в том числе кэш данных (Data Cache) и кэш команд (Code Cache);Instruction Decode and Prefetch Unit и Branch Predictor - блоки декодирования инструкций, опережающего их исполнения и предсказания ветвлений; Bus Interface -- интерфейсные шины, в том числе 64- и 32-битовая, и выход на системную шину к оперативной памяти.

Функциональная  структура микропроцессора.

Функционально МП можно разделить на две части:

- операционную часть, содержащую устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) (за исключением нескольких адресных регистров);интерфейсную часть, содержащую адресные регистры МПП;

- блок регистров команд -- регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты; схемы управления шиной и портами.

Обе части МП работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) выполняется во время выполнения операционной частью предыдущей команды. Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнять операции в конвейерном режиме. Такая организация МП позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.