Базовая логическая структура процессора Основные характеристики процессорных микросхем 1. разрядность процессора – длина информационного слова, которая может быть обработана процессором за один цикл. 2. емкость адресуемой памяти – характеризует возможности процессора по взаимодействию с внешней прямо адресуемой памятью, показывает количество адресов, которые может сформировать процессор. 3. разрядность или ширина шины данных – показывает, какой длины информационное слово может быть одновременно считано процессором или выдано во внешнее устройство. 4. быстродействие. Характеризуется: количеством операций в секунду; тактовой частотой процессора; временем машинного цикла; временем выполнения операций над данными, находящимися в аккумуляторе. 5. электрические характеристики (количество источников питания и их напряжения, потребляемый ток, входная и выходная емкость и т.п.) 6. специальные требования (температурный диапазон, масса, устойчивость к внешним воздействиям, надежность). АЛУ – арифметико-логическое устройство – центральное устройство процессора. Выполняет обработку данных (выполнение арифметических и логических операций). ПЗУ констант хранит четыре константы: 00h, 06h, 60h, 66h, которые используются при выполнении операций двоично-десятичной арифметики для коррекции результата после выполнения операции сложения. Регистр флагов (признаков) – фиксирует в своих разрядах результат выполнения операции, текущие режимы управления. Регистр команд – хранит коды команд, извлеченные из памяти при выполнении цикла фон Неймана. Дешифратор команд – распознает команду, хранящуюся в регистре команд, и формирует сигналы микрокоманд для БМУС. Блок местного управления и синхронизации – формирует все сигналы управления, как внутренние, так и внешние по отношению к процессору. Буферные регистры адреса и данных: обеспечение нагрузочной способности шин адреса и данных; обеспечение возможности третьего состояния этих шин. При каждом обращении к памяти регистр адреса указывает адрес области памяти, которая подлежит использованию процессором. Аккумулятор – регистр, в который помещается результат выполнения арифметической операции, если явно не указан приемник. Блок регистров общего назначения – набор ячеек быстродействующей памяти, доступной как для чтения, так и для записи, расположенных непосредственно на кристалле, в непосредственной близости от АЛУ. Регистры специального назначения – набор регистров, обеспечивающих различные режимы адресации в процессоре. Сюда входят регистр адреса, индексные регистры, сегментные регистры. Также к ним относятся регистр слова состояния процессора, счетчик команд, регистр-указатель стека, регистр команд. Регистр-счетчик команд (PC – Programming Counter или IP – Instruction Pointer) – в нем хранится адрес или часть адреса следующей команды (см. цикл фон Неймана). Для того, чтобы изменить последовательность выполнения программы, достаточно изменить содержимое счетчика команд. Регистр слова состояния процессора (PSW – Processor Status Word) – характеризует текущее состояние процесса, исполняемые процессы. Каждый отдельный разряд характеризует отдельное состояние. Если разряд установлен в 1, процесс активен, если в 0 – не активен. Регистр-указатель стека (SP – Stack Point) – хранит адрес начала (верхушки) стека. Под стеком понимается область памяти, т.е совокупность ячеек, организованных таким образом, что обращение к ним производится в некоторой последовательности. Интерфейс процессора Взаимодействие между процессором и внешними устройствами ввода-вывода и памятью осуществляется через информационную магистраль. Используются три основных информационных магистрали: магистраль (шина) адреса; магистраль (шина) данных; магистраль (шина) управления. Из-за различий в быстродействии и интерфейсе между модулями памяти и внешними устройствами выделяют две подсистемы: подсистема управления памятью (средства обмена между процессором и памятью); подсистема вводавывода (средства обмена с внешними устройствами). Обычно средства управления этими подсистемами распределяют между процессором и специализированными контроллерами. Характеристика магистралей Магистраль адреса – однонаправленная магистраль, на которой процессором генерируются сигналы кода адреса. Остальные устройства, подключенные к этой магистрали, только воспринимают сигналы адреса, непрерывно проводя операцию распознавания. Магистраль данных – двунаправленная магистраль, данные по ней передаются как от процессора к памяти и внешним устройствам, так и обратно. Направление передачи определяется типом выполняемой процессором команды, а физически – формированием соответствующих сигналов управления. Разрядность магистрали данных обычно кратна разрядности процессора и часто с ней совпадает. Магистрали адреса и данных имеют возможности перехода в третье состояние, что соответствует полному отключению от устройств. Магистраль управления – по ней передаются сигналы управления, формируемые процессором и некоторыми устройствами ввода-вывода, а также сигналы синхронизации, формируемые внешним или внутренним генератором (синхронизатором). Таким образом, магистраль управления представляет собой совокупность однонаправленных линий, часть из которых предназначена для передачи сигналов от процессора, а часть – к процессору.
