Η ανθρωπότητα έχει κάνει πολύ δρόμο προς τη δημιουργία υπολογιστών, χωρίς τους οποίους είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς τη σύγχρονη κοινωνία με όλες τις πτυχές της ζωής της στους τομείς της βιομηχανίας, της εθνικής οικονομίας και των οικιακών συσκευών. Αλλά ακόμη και σήμερα, η πρόοδος δεν σταματάει, ανοίγοντας νέες μορφές μηχανογράφησης. Στο επίκεντρο της τεχνολογικής εξέλιξης εδώ και αρκετές δεκαετίες βρίσκεται η δομή του μικροεπεξεργαστή (MP), η οποία βελτιώνεται στις λειτουργικές και σχεδιαστικές του παραμέτρους.
Έννοια μικροεπεξεργαστή
Με μια γενική έννοια, η έννοια του μικροεπεξεργαστή παρουσιάζεται ως μια ελεγχόμενη από πρόγραμμα συσκευή ή σύστημα που βασίζεται σε ένα μεγάλο ολοκληρωμένο κύκλωμα (LSI). Με τη βοήθεια του MP, εκτελούνται λειτουργίες επεξεργασίας δεδομένων ή διαχείριση συστημάτων που επεξεργάζονται πληροφορίες. Στα πρώτα στάδιαΗ ανάπτυξη του MP βασίστηκε σε ξεχωριστά μικροκυκλώματα χαμηλής λειτουργικότητας, στα οποία υπήρχαν τρανζίστορ σε ποσότητες από μερικές έως εκατοντάδες. Η απλούστερη τυπική δομή μικροεπεξεργαστή θα μπορούσε να περιέχει μια ομάδα μικροκυκλωμάτων με κοινές ηλεκτρικές, δομικές και ηλεκτρικές παραμέτρους. Τέτοια συστήματα ονομάζονται σύνολο μικροεπεξεργαστών. Μαζί με το MP, ένα σύστημα θα μπορούσε επίσης να αποτελείται από συσκευές μνήμης μόνιμης και τυχαίας πρόσβασης, καθώς και ελεγκτές και διεπαφές για τη σύνδεση εξωτερικού εξοπλισμού - και πάλι, μέσω συμβατών επικοινωνιών. Ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης της έννοιας των μικροελεγκτών, το κιτ μικροεπεξεργαστή συμπληρώθηκε με πιο σύνθετες συσκευές σέρβις, καταχωρητές, προγράμματα οδήγησης διαύλου, χρονόμετρα κ.λπ.
Σήμερα, ο μικροεπεξεργαστής θεωρείται όλο και λιγότερο ως ξεχωριστή συσκευή στο πλαίσιο πρακτικών εφαρμογών. Η λειτουργική δομή και η αρχή λειτουργίας του μικροεπεξεργαστή ήδη στα στάδια σχεδιασμού καθοδηγούνται από τη χρήση ως μέρος μιας υπολογιστικής συσκευής σχεδιασμένης να εκτελεί έναν αριθμό εργασιών που σχετίζονται με την επεξεργασία και τη διαχείριση πληροφοριών. Ο βασικός κρίκος στις διαδικασίες οργάνωσης της λειτουργίας μιας συσκευής μικροεπεξεργαστή είναι ο ελεγκτής, ο οποίος διατηρεί τη διαμόρφωση ελέγχου και τους τρόπους αλληλεπίδρασης μεταξύ του υπολογιστικού πυρήνα του συστήματος και του εξωτερικού εξοπλισμού. Ένας ενσωματωμένος επεξεργαστής μπορεί να θεωρηθεί ως ενδιάμεσος σύνδεσμος μεταξύ του ελεγκτή και του μικροεπεξεργαστή. Η λειτουργικότητά του επικεντρώνεται στην επίλυση βοηθητικών εργασιών που δεν σχετίζονται άμεσα με τον σκοπό του κύριου MT. Συγκεκριμένα, αυτές μπορεί να είναι λειτουργίες δικτύου και επικοινωνίας που διασφαλίζουν τη λειτουργία της συσκευής μικροεπεξεργαστή.
Ταξινομήσεις μικροεπεξεργαστών
Ακόμη και στις πιο απλές διαμορφώσεις, τα MPs έχουν πολλές τεχνικές και λειτουργικές παραμέτρους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό χαρακτηριστικών ταξινόμησης. Για να δικαιολογηθούν τα κύρια επίπεδα ταξινόμησης, συνήθως διακρίνονται τρία λειτουργικά συστήματα - λειτουργικό, διεπαφή και έλεγχος. Κάθε ένα από αυτά τα μέρη εργασίας παρέχει επίσης μια σειρά από παραμέτρους και διακριτικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη φύση της λειτουργίας της συσκευής.
Από την άποψη της τυπικής δομής των μικροεπεξεργαστών, η ταξινόμηση θα χωρίσει κυρίως τις συσκευές σε μοντέλα πολλαπλών τσιπ και μονοτσίπ. Οι πρώτες χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι οι μονάδες εργασίας τους μπορούν να λειτουργούν εκτός σύνδεσης και να εκτελούν προκαθορισμένες εντολές. Και σε αυτό το παράδειγμα θα προφέρονται βουλευτές, στο οποίο η έμφαση δίνεται στην επιχειρησιακή λειτουργία. Τέτοιοι επεξεργαστές επικεντρώνονται στην επεξεργασία δεδομένων. Στην ίδια ομάδα, για παράδειγμα, μικροεπεξεργαστές τριών τσιπ μπορεί να είναι έλεγχος και διασύνδεση. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν έχουν λειτουργική λειτουργία, αλλά για λόγους βελτιστοποίησης, οι περισσότεροι πόροι επικοινωνίας και ισχύος κατανέμονται στις εργασίες δημιουργίας μικροεντολών ή στην ικανότητα αλληλεπίδρασης με περιφερειακά συστήματα.
Όσον αφορά τα MP single-chip, έχουν αναπτυχθεί με ένα σταθερό σύνολο οδηγιών και συμπαγή τοποθέτηση όλου του υλικούσε έναν πυρήνα. Όσον αφορά τη λειτουργικότητα, η δομή ενός μικροεπεξεργαστή ενός τσιπ είναι αρκετά περιορισμένη, αν και είναι πιο αξιόπιστη από τις διαμορφώσεις τμημάτων αναλόγων πολλαπλών τσιπ.
Μια άλλη σημαντική ταξινόμηση αναφέρεται στον σχεδιασμό διεπαφής των μικροεπεξεργαστών. Μιλάμε για τρόπους επεξεργασίας σημάτων εισόδου, που σήμερα συνεχίζουν να χωρίζονται σε ψηφιακά και αναλογικά. Αν και οι ίδιοι οι επεξεργαστές είναι ψηφιακές συσκευές, σε ορισμένες περιπτώσεις η χρήση αναλογικών ροών δικαιολογείται από άποψη τιμής και αξιοπιστίας. Για τη μετατροπή όμως πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικοί μετατροπείς, οι οποίοι συμβάλλουν στο ενεργειακό φορτίο και τη δομική πληρότητα της πλατφόρμας εργασίας. Τα αναλογικά MP (συνήθως ενός τσιπ) εκτελούν τις εργασίες τυπικών αναλογικών συστημάτων - για παράδειγμα, παράγουν διαμόρφωση, δημιουργούν ταλαντώσεις, κωδικοποιούν και αποκωδικοποιούν ένα σήμα.
Σύμφωνα με την αρχή της προσωρινής οργάνωσης της λειτουργίας του ΜΠ, χωρίζονται σε σύγχρονα και ασύγχρονα. Η διαφορά έγκειται στη φύση του σήματος για την έναρξη μιας νέας λειτουργίας. Για παράδειγμα, στην περίπτωση μιας σύγχρονης συσκευής, τέτοιες εντολές δίνονται από μονάδες ελέγχου, ανεξάρτητα από την εκτέλεση των τρεχουσών λειτουργιών. Στην περίπτωση των ασύγχρονων MP, ένα παρόμοιο σήμα μπορεί να δοθεί αυτόματα με την ολοκλήρωση της προηγούμενης λειτουργίας. Για να γίνει αυτό, παρέχεται ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα στη λογική δομή του μικροεπεξεργαστή ασύγχρονου τύπου, το οποίο διασφαλίζει τη λειτουργία μεμονωμένων εξαρτημάτων σε λειτουργία εκτός σύνδεσης, εάν είναι απαραίτητο. Η πολυπλοκότητα της εφαρμογής αυτής της μεθόδου οργάνωσης της εργασίας του βουλευτή οφείλεται στο γεγονός ότιπάντα τη στιγμή της ολοκλήρωσης μιας λειτουργίας υπάρχουν αρκετοί συγκεκριμένοι πόροι για να ξεκινήσει η επόμενη. Η μνήμη του επεξεργαστή χρησιμοποιείται συνήθως ως σύνδεσμος προτεραιότητας στην ίδια την επιλογή των επόμενων λειτουργιών.
Μικροεπεξεργαστές για γενικούς και ειδικούς σκοπούς
Το κύριο πεδίο εφαρμογής του MP γενικής χρήσης είναι οι σταθμοί εργασίας, οι προσωπικοί υπολογιστές, οι διακομιστές και οι ηλεκτρονικές συσκευές που προορίζονται για μαζική χρήση. Η λειτουργική τους υποδομή επικεντρώνεται στην εκτέλεση ενός ευρέος φάσματος εργασιών που σχετίζονται με την επεξεργασία πληροφοριών. Τέτοιες συσκευές αναπτύσσονται από τη SPARC, την Intel, τη Motorola, την IBM και άλλες.
Ειδικοί μικροεπεξεργαστές, τα χαρακτηριστικά και η δομή των οποίων βασίζονται σε ισχυρούς ελεγκτές, εφαρμόζουν πολύπλοκες διαδικασίες για την επεξεργασία και τη μετατροπή ψηφιακών και αναλογικών σημάτων. Αυτό είναι ένα πολύ διαφορετικό τμήμα με χιλιάδες τύπους διαμόρφωσης. Οι ιδιαιτερότητες της δομής MP αυτού του τύπου περιλαμβάνουν τη χρήση ενός κρυστάλλου ως βάσης για τον κεντρικό επεξεργαστή, ο οποίος, με τη σειρά του, μπορεί να συνδεθεί με μεγάλο αριθμό περιφερειακών συσκευών. Μεταξύ αυτών είναι τα μέσα εισόδου/εξόδου, μπλοκ με χρονόμετρα, διεπαφές, μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό. Εφαρμόζεται επίσης η σύνδεση εξειδικευμένων συσκευών όπως μπλοκ για τη δημιουργία σημάτων πλάτους παλμού. Λόγω της χρήσης εσωτερικής μνήμης, τέτοια συστήματα διαθέτουν μικρό αριθμό βοηθητικών στοιχείων που υποστηρίζουν τη λειτουργίαμικροελεγκτής.
Προδιαγραφές μικροεπεξεργαστή
Οι παράμετροι λειτουργίας καθορίζουν το εύρος των εργασιών της συσκευής και το σύνολο των στοιχείων που, καταρχήν, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια συγκεκριμένη δομή μικροεπεξεργαστή. Τα κύρια χαρακτηριστικά του MP μπορούν να αναπαρασταθούν ως εξής:
- Συχνότητα ρολογιού. Υποδεικνύει τον αριθμό των βασικών λειτουργιών που μπορεί να εκτελέσει το σύστημα σε 1 δευτερόλεπτο. και εκφράζεται σε MHz. Παρά τις διαφορές στη δομή, διαφορετικοί βουλευτές εκτελούν ως επί το πλείστον παρόμοιες εργασίες, αλλά σε κάθε περίπτωση απαιτεί ατομικό χρόνο, ο οποίος αντικατοπτρίζεται στον αριθμό των κύκλων. Όσο πιο ισχυρό είναι το MP, τόσο περισσότερες διαδικασίες μπορεί να εκτελέσει σε μία μονάδα χρόνου.
- Πλάτος. Ο αριθμός των bit που μπορεί να εκτελέσει η συσκευή ταυτόχρονα. Εκχωρήστε πλάτος διαύλου, ρυθμό μεταφοράς δεδομένων, εσωτερικά μητρώα κ.λπ.
- Η ποσότητα της προσωρινής μνήμης. Αυτή είναι η μνήμη που περιλαμβάνεται στην εσωτερική δομή του μικροεπεξεργαστή και λειτουργεί πάντα σε περιοριστικές συχνότητες. Στη φυσική αναπαράσταση, αυτός είναι ένας κρύσταλλος που τοποθετείται στο κύριο τσιπ MP και συνδέεται με τον πυρήνα του διαύλου μικροεπεξεργαστή.
- Διαμόρφωση. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για την οργάνωση των εντολών και τις μεθόδους διευθυνσιοδότησης. Στην πράξη, ο τύπος διαμόρφωσης μπορεί να σημαίνει τη δυνατότητα συνδυασμού των διαδικασιών εκτέλεσης πολλών εντολών ταυτόχρονα, τους τρόπους και τις αρχές λειτουργίας MP και την παρουσία περιφερειακών συσκευών στο βασικό σύστημα μικροεπεξεργαστή.
Αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή
Σε γενικές γραμμές, το MP είναι καθολικόεπεξεργαστή πληροφοριών, αλλά σε ορισμένους τομείς της λειτουργίας του απαιτούνται συχνά ειδικές διαμορφώσεις για την εκτέλεση της δομής του. Η αρχιτεκτονική των μικροεπεξεργαστών αντικατοπτρίζει τις ιδιαιτερότητες της εφαρμογής ενός συγκεκριμένου μοντέλου, προκαλώντας τα χαρακτηριστικά του υλικού και του λογισμικού που είναι ενσωματωμένα στο σύστημα. Συγκεκριμένα, μπορούμε να μιλήσουμε για τους παρεχόμενους ενεργοποιητές, καταχωρητές προγραμμάτων, μεθόδους διευθυνσιοδότησης και σύνολα εντολών.
Στην αναπαράσταση της αρχιτεκτονικής και των χαρακτηριστικών της λειτουργίας του MP, χρησιμοποιούν συχνά διαγράμματα συσκευών και την αλληλεπίδραση διαθέσιμων καταχωρητών λογισμικού που περιέχουν πληροφορίες ελέγχου και τελεστές (επεξεργασμένα δεδομένα). Επομένως, στο μοντέλο καταχωρητή υπάρχει μια ομάδα καταχωρητών υπηρεσιών, καθώς και τμήματα για την αποθήκευση τελεστών γενικής χρήσης. Σε αυτή τη βάση, καθορίζεται η μέθοδος εκτέλεσης των προγραμμάτων, το σχήμα οργάνωσης της μνήμης, ο τρόπος λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά του μικροεπεξεργαστή. Η δομή MP γενικής χρήσης, για παράδειγμα, μπορεί να περιλαμβάνει έναν μετρητή προγράμματος, καθώς και καταχωρητές για την κατάσταση και τον έλεγχο των τρόπων λειτουργίας του συστήματος. Η ροή εργασίας μιας συσκευής στο πλαίσιο μιας αρχιτεκτονικής διαμόρφωσης μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα μοντέλο μεταφορών καταχωρητών, παρέχοντας διευθυνσιοδότηση, επιλογή τελεστών και εντολών, μεταφορά αποτελεσμάτων κ.λπ. Η εκτέλεση διαφορετικών εντολών, ανεξάρτητα από την ανάθεση, θα επηρεάσει την κατάσταση μητρώο, τα περιεχόμενα του οποίου αντικατοπτρίζουν την τρέχουσα κατάσταση του επεξεργαστή.
Γενικές πληροφορίες για τη δομή των μικροεπεξεργαστών
Σε αυτήν την περίπτωση, η δομή πρέπει να κατανοηθεί όχι μόνο ως ένα σύνολο στοιχείων του συστήματος εργασίας, αλλά καιμέσα σύνδεσης μεταξύ τους, καθώς και συσκευές που διασφαλίζουν την αλληλεπίδρασή τους. Όπως και στη λειτουργική ταξινόμηση, το περιεχόμενο της δομής μπορεί να εκφραστεί μέσω τριών συνιστωσών - λειτουργικό περιεχόμενο, μέσα επικοινωνίας με το λεωφορείο και την υποδομή ελέγχου.
Η συσκευή του λειτουργικού τμήματος καθορίζει τη φύση της αποκωδικοποίησης εντολών και της επεξεργασίας δεδομένων. Αυτό το σύμπλεγμα μπορεί να περιλαμβάνει αριθμητικά-λογικά λειτουργικά μπλοκ, καθώς και αντιστάσεις για προσωρινή αποθήκευση πληροφοριών, συμπεριλαμβανομένων πληροφοριών σχετικά με την κατάσταση του μικροεπεξεργαστή. Η λογική δομή προβλέπει τη χρήση αντιστάσεων 16-bit που εκτελούν όχι μόνο λογικές και αριθμητικές διαδικασίες, αλλά και λειτουργίες μετατόπισης. Η εργασία των καταχωρητών μπορεί να οργανωθεί σύμφωνα με διαφορετικά σχήματα, τα οποία καθορίζουν, μεταξύ άλλων, την προσβασιμότητά τους στον προγραμματιστή. Ένα ξεχωριστό μητρώο έχει δεσμευτεί για τη λειτουργία της μπαταρίας.
Οι ζεύκτες λεωφορείων είναι υπεύθυνοι για τις συνδέσεις με τον περιφερειακό εξοπλισμό. Το εύρος των εργασιών τους περιλαμβάνει επίσης την ανάκτηση δεδομένων από τη μνήμη και το σχηματισμό μιας ουράς εντολών. Η τυπική δομή μικροεπεξεργαστή περιλαμβάνει έναν δείκτη εντολών IP, αθροιστές διευθύνσεων, καταχωρητές τμημάτων και buffer, μέσω των οποίων εξυπηρετούνται σύνδεσμοι με διαύλους διευθύνσεων.
Η συσκευή ελέγχου, με τη σειρά της, παράγει σήματα ελέγχου, αποκρυπτογραφεί την εντολή και επίσης διασφαλίζει τη λειτουργία του υπολογιστικού συστήματος, εκδίδοντας μικροεντολές για εσωτερικές λειτουργίες MP.
Δομή βασικού MP
Η απλοποιημένη δομή αυτού του μικροεπεξεργαστή παρέχει δύο λειτουργίεςμέρη:
- Χειρουργείο. Αυτή η μονάδα περιλαμβάνει εγκαταστάσεις ελέγχου και επεξεργασίας δεδομένων, καθώς και μνήμη μικροεπεξεργαστή. Σε αντίθεση με την πλήρη διαμόρφωση, η βασική δομή του μικροεπεξεργαστή εξαιρεί τους καταχωρητές τμημάτων. Ορισμένες συσκευές εκτέλεσης συνδυάζονται σε μία λειτουργική μονάδα, η οποία δίνει έμφαση στη βελτιστοποιημένη φύση αυτής της αρχιτεκτονικής.
- Διεπαφή. Στην ουσία, ένα μέσο παροχής επικοινωνίας με τον κεντρικό αυτοκινητόδρομο. Αυτό το τμήμα περιέχει τους καταχωρητές εσωτερικής μνήμης και τον αθροιστή διευθύνσεων.
Η αρχή της πολυπλεξίας σήματος χρησιμοποιείται συχνά στα εξωτερικά κανάλια εξόδου των βασικών MP. Αυτό σημαίνει ότι η σηματοδότηση πραγματοποιείται μέσω κοινών καναλιών κοινής χρήσης χρόνου. Επιπλέον, ανάλογα με τον τρέχοντα τρόπο λειτουργίας του συστήματος, η ίδια έξοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση σημάτων για διαφορετικούς σκοπούς.
Δομή εντολών μικροεπεξεργαστή
Αυτή η δομή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη γενική διαμόρφωση και τη φύση της αλληλεπίδρασης των λειτουργικών μπλοκ MP. Ωστόσο, ακόμη και στο στάδιο του σχεδιασμού του συστήματος, οι προγραμματιστές καθορίζουν τις δυνατότητες εφαρμογής μιας συγκεκριμένης σειράς λειτουργιών βάσει των οποίων σχηματίζεται στη συνέχεια ένα σύνολο εντολών. Οι πιο συνηθισμένες συναρτήσεις εντολών περιλαμβάνουν:
- Μεταφορά δεδομένων. Η εντολή εκτελεί τις λειτουργίες εκχώρησης των τιμών των τελεστών προέλευσης και προορισμού. Οι καταχωρητές ή τα κελιά μνήμης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως το τελευταίο.
- Είσοδος-έξοδος. Διά μέσουΟι συσκευές διασύνδεσης I/O μεταφέρουν δεδομένα σε θύρες. Σύμφωνα με τη δομή του μικροεπεξεργαστή και την αλληλεπίδρασή του με το περιφερειακό υλικό και τις εσωτερικές μονάδες, οι εντολές ορίζουν τις διευθύνσεις των θυρών.
- Μετατροπή τύπου. Καθορίζονται οι μορφές και οι τιμές μεγέθους των τελεστών που χρησιμοποιούνται.
- Διακοπές. Αυτός ο τύπος εντολών έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει διακοπές λογισμικού - για παράδειγμα, μπορεί να είναι μια διακοπή λειτουργίας επεξεργαστή ενώ αρχίζουν να λειτουργούν συσκευές I/O.
- Οργάνωση κύκλων. Οι οδηγίες αλλάζουν την τιμή του καταχωρητή ECX, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μετρητής κατά την εκτέλεση συγκεκριμένου κώδικα προγράμματος.
Κατά κανόνα, επιβάλλονται περιορισμοί σε βασικές εντολές που σχετίζονται με τη δυνατότητα λειτουργίας με ορισμένες ποσότητες μνήμης, ταυτόχρονης διαχείρισης καταχωρητών και των περιεχομένων τους.
Δομή διαχείρισης MP
Το σύστημα ελέγχου MP βασίζεται στη μονάδα ελέγχου, η οποία σχετίζεται με πολλά λειτουργικά μέρη:
- Αισθητήρας σήματος. Καθορίζει την ακολουθία και τις παραμέτρους των παλμών, κατανέμοντας ομοιόμορφα χρονικά στους διαύλους. Μεταξύ των χαρακτηριστικών της λειτουργίας των αισθητήρων είναι ο αριθμός των κύκλων και των σημάτων ελέγχου που απαιτούνται για την εκτέλεση λειτουργιών.
- Πηγή σημάτων. Μία από τις λειτουργίες της μονάδας ελέγχου στη δομή του μικροεπεξεργαστή ανατίθεται στη δημιουργία ή την επεξεργασία σημάτων - δηλαδή η μεταγωγή τους εντός ενός συγκεκριμένου κύκλου σε έναν συγκεκριμένο δίαυλο.
- Αποκωδικοποιητής κωδικού λειτουργίας. Πραγματοποιεί αποκρυπτογράφηση των κωδικών λειτουργίας που υπάρχουν στο μητρώο εντολών στοαυτή τη στιγμή. Μαζί με τον προσδιορισμό του ενεργού διαύλου, αυτή η διαδικασία βοηθά επίσης στη δημιουργία μιας ακολουθίας παλμών ελέγχου.
Δεν έχει μικρή σημασία στην υποδομή ελέγχου μια μόνιμη συσκευή αποθήκευσης που περιέχει στα κελιά της τα σήματα που απαιτούνται για την εκτέλεση εργασιών επεξεργασίας. Για την καταμέτρηση εντολών κατά την επεξεργασία δεδομένων παλμών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μονάδα δημιουργίας διευθύνσεων - αυτό είναι απαραίτητο στοιχείο της εσωτερικής δομής του μικροεπεξεργαστή, ο οποίος περιλαμβάνεται στη μονάδα διασύνδεσης του συστήματος και σας επιτρέπει να διαβάζετε τις λεπτομέρειες των καταχωρητών μνήμης με πλήρη σήματα.
Στοιχεία μικροεπεξεργαστή
Τα περισσότερα λειτουργικά μπλοκ, καθώς και εξωτερικές συσκευές, οργανώνονται μεταξύ τους και του κεντρικού μικροκυκλώματος MP μέσω του εσωτερικού διαύλου. Μπορούμε να πούμε ότι αυτό είναι το δίκτυο κορμού της συσκευής, παρέχοντας μια ολοκληρωμένη σύνδεση επικοινωνίας. Ένα άλλο πράγμα είναι ότι ο δίαυλος μπορεί επίσης να περιέχει στοιχεία διαφορετικών λειτουργικών σκοπών - για παράδειγμα, κυκλώματα για μεταφορά δεδομένων, γραμμές για τη μεταφορά κυψελών μνήμης, καθώς και μια υποδομή για εγγραφή και ανάγνωση πληροφοριών. Η φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μπλοκ του ίδιου του διαύλου καθορίζεται από τη δομή του μικροεπεξεργαστή. Οι συσκευές που περιλαμβάνονται στο MP, εκτός από το λεωφορείο, περιλαμβάνουν τα εξής:
- Αριθμητική λογική μονάδα. Όπως ήδη αναφέρθηκε, αυτό το στοιχείο έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί λογικές και αριθμητικές πράξεις. Λειτουργεί τόσο με αριθμητικά όσο και με δεδομένα χαρακτήρων.
- Συσκευή ελέγχου. Υπεύθυνος γιασυντονισμός στην αλληλεπίδραση διαφορετικών τμημάτων του ΜΤ. Συγκεκριμένα, αυτό το μπλοκ παράγει σήματα ελέγχου, κατευθύνοντάς τα σε διαφορετικές μονάδες της συσκευής του μηχανήματος σε ορισμένα χρονικά σημεία.
- Μνήμη μικροεπεξεργαστή. Χρησιμοποιείται για την καταγραφή, αποθήκευση και έκδοση πληροφοριών. Τα δεδομένα μπορούν να συσχετιστούν τόσο με λειτουργικές υπολογιστικές λειτουργίες όσο και με διεργασίες που εξυπηρετούν το μηχάνημα.
- Μαθηματικός επεξεργαστής. Χρησιμοποιείται ως βοηθητική μονάδα για την αύξηση της ταχύτητας κατά την εκτέλεση σύνθετων υπολογιστικών λειτουργιών.
Χαρακτηριστικά της δομής συνεπεξεργαστή
Ακόμη και στο πλαίσιο της εκτέλεσης τυπικών αριθμητικών και λογικών πράξεων, δεν υπάρχει αρκετή χωρητικότητα ενός συμβατικού MP. Για παράδειγμα, ο μικροεπεξεργαστής δεν έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει αριθμητικές εντολές κινητής υποδιαστολής. Για τέτοιες εργασίες, χρησιμοποιούνται συνεπεξεργαστές, η δομή των οποίων προβλέπει το συνδυασμό ενός κεντρικού επεξεργαστή με πολλά MP. Ταυτόχρονα, η λογική της ίδιας της λειτουργίας της συσκευής δεν έχει θεμελιώδεις διαφορές από τους βασικούς κανόνες για την κατασκευή αριθμητικών μικροκυκλωμάτων.
Οι συνεπεξεργαστές εκτελούν τυπικές εντολές, αλλά σε στενή αλληλεπίδραση με την κεντρική μονάδα. Αυτή η διαμόρφωση προϋποθέτει συνεχή παρακολούθηση των ουρών εντολών σε πολλές γραμμές. Στη φυσική δομή ενός μικροεπεξεργαστή αυτού του τύπου, επιτρέπεται η χρήση μιας ανεξάρτητης μονάδας για την παροχή εισόδου-εξόδου, χαρακτηριστικό της οποίας είναι η δυνατότητα επιλογής των εντολών του. Ωστόσο, για να λειτουργήσει σωστά ένα τέτοιο σχήμα, οι συνεπεξεργαστές πρέπει να ορίζουν με σαφήνεια την πηγή επιλογής εντολών,συντονισμός αλληλεπίδρασης μεταξύ ενοτήτων.
Η αρχή της δημιουργίας μιας γενικευμένης δομής ενός μικροεπεξεργαστή με ισχυρά συζευγμένη διαμόρφωση συνδέεται επίσης με την έννοια της συσκευής συνεπεξεργαστή. Εάν στην προηγούμενη περίπτωση μπορούμε να μιλήσουμε για ένα ανεξάρτητο μπλοκ I/O με δυνατότητα δικής του επιλογής εντολών, τότε μια ισχυρά συνδεδεμένη διαμόρφωση περιλαμβάνει τη συμπερίληψη στη δομή ενός ανεξάρτητου επεξεργαστή που ελέγχει τις ροές εντολών.
Συμπέρασμα
Οι αρχές της δημιουργίας μικροεπεξεργαστών έχουν υποστεί λίγες αλλαγές από την εμφάνιση των πρώτων υπολογιστικών συσκευών. Τα χαρακτηριστικά, τα σχέδια και οι απαιτήσεις για υποστήριξη πόρων έχουν αλλάξει, γεγονός που έχει αλλάξει ριζικά τον υπολογιστή, αλλά η γενική ιδέα με τους βασικούς κανόνες για την οργάνωση λειτουργικών μπλοκ παραμένει ως επί το πλείστον η ίδια. Ωστόσο, το μέλλον της ανάπτυξης της δομής των μικροεπεξεργαστών μπορεί να επηρεαστεί από τη νανοτεχνολογία και την έλευση των συστημάτων κβαντικών υπολογιστών. Σήμερα, τέτοιοι τομείς εξετάζονται σε θεωρητικό επίπεδο, αλλά μεγάλες εταιρείες εργάζονται ενεργά για τις προοπτικές πρακτικής χρήσης νέων λογικών κυκλωμάτων που βασίζονται σε καινοτόμες τεχνολογίες. Για παράδειγμα, ως πιθανή επιλογή για την περαιτέρω ανάπτυξη της ΜΤ, δεν αποκλείεται η χρήση μοριακών και υποατομικών σωματιδίων και τα παραδοσιακά ηλεκτρικά κυκλώματα μπορούν να δώσουν τη θέση τους σε συστήματα κατευθυνόμενης περιστροφής ηλεκτρονίων. Αυτό θα καταστήσει δυνατή τη δημιουργία μικροσκοπικών επεξεργαστών με μια ριζικά νέα αρχιτεκτονική, η απόδοση των οποίων θα υπερβαίνει πολλές φορές τη σημερινή. MP.
