Mikroprocesszoros rendszerek
Mindez arra kötelezi a villanyszerelőt, hogy ismerje legalább a mikroprocesszoros technológia alapjait.
A mikroprocesszoros rendszerek az információfeldolgozás és a különféle folyamatok kezelésének automatizálására szolgálnak.
A „mikroprocesszor rendszer” nagyon tág, és magában foglalja a fogalmak, mint például „elektronikus számítógépek (számítógép)”, „vezérlő számítógép”, „számítógép”, stb
A mikroprocesszoros rendszer hardver vagy angol nyelvű hardver és szoftver (szoftver) szoftver.
A mikroprocesszoros rendszer digitális információkkal működik. amely a digitális kódok sorozata.
A mikroprocesszoros rendszer szívében egy mikroprocesszor. amely csak bináris számokat képes érzékelni (0 és 1-ből). A bináris számok bináris számrendszerrel íródnak. Például a mindennapi életben a decimális számrendszer használatát alkalmazzuk, amelyben a számok írásához tíz karakter vagy számjegy a 0,1, 2,3, 4, 5, 6, 7, 8,9 számjegyek használatára szolgál. Ennek megfelelően az ilyen szimbólumok (vagy számjegyek) bináris rendszere csak két - 0 és 1.
Meg kell érteni, hogy a számrendszer csak a számok írásának szabályai, és a rendszer típusának megválasztását az alkalmazás kényelme határozza meg. A bináris rendszer választása egyszerűségének köszönhető, ami a digitális eszközök működésének megbízhatóságát és a technikai megvalósítás egyszerűségét jelenti.
Tekintsük a digitális információ mérési egységeit:
Bit (az angol „bináris számjegy” - binary digit) mindössze két érték 0 vagy 1. Lehetséges, hogy kódolja a logikai érték az „igen””vagy»nem«, az állam»a«vagy»off«állapotban»nyitott«vagy„zárt "És hasonlók.
Egy nyolc bitet tartalmazó csoportot bájtnak nevezünk, például 10010111. Egy bájt 256 kódolási értéket kódol: 00000000 - 0, 11111111 - 255.
A bit az információs reprezentáció legkisebb egysége.
A byte az információfeldolgozás legkisebb egysége. A bájt egy számítógépes szó része, amely rendszerint 8 bitből áll, és az információ mennyiségének egy egységként használatos, amikor tárolják, továbbítják és feldolgozzák a számítógépen. A bájtot betűk, szótagok és speciális karakterek (általában mind a 8 bit) vagy tizedesjegyek (2 bájt / 1 bájt) ábrázolására használják.
Két egymással összekötött bájtot szónak neveznek, 4 bájt kettős szó, 8 bájt négyszög.
Például szöveges információk kódolásához ASCII kódtáblát kell használni (az American Standard Code for Information Interchange esetében). Egy karaktert írunk egy byte-val, amely 256 értéket vehet igénybe. A grafikus információ pontokra (képpontokra) van felosztva, és az egyes pontok színkódolása és pozíciója vízszintesen és függőlegesen történik.
Továbbá bináris és decimális rendszer az MS hexadecimálisban, mellyel a felvétel számokat és szimbólumokat 0. 9 AF Használata mert egy byte írja le a kétjegyű hexadecimális szám, ami jelentősen csökkenti a számkódot felvétel és teszi olvashatóbb (11111111 - FF).
1. Táblázat - Felvételi számok különböző számrendszerekben
Annak megállapításához, a szám (például, a 100-as érték eltér a rendszerek lehetnek 42, 10010, 25616), a végén a hozzáadott BETŰT számát jelző rendszer: a bináris számok B betű, egy hex - H, decimális - d. A kiegészítő szimbólum nélküli szám decimális számnak tekintendő.
A számok átszámítása egy rendszerről a másikra, valamint a számok alapszintű számtani és logikai műveletei lehetővé teszik, hogy készítsen egy mérnöki kalkulátort (a Windows operációs rendszer szabványos alkalmazása).
A mikroprocesszoros rendszer szerkezete
A mikroprocesszoros rendszer egy mikroprocesszoron (processzoron) alapul, amely az információfeldolgozás és a vezérlés funkcióit végzi. A többi, a mikroprocesszoros rendszer részét képező eszköz a processzort szolgálja, segítve a munkában.
A mikroprocesszoros rendszer létrehozásához szükséges eszközök az I / O portok és részben a memória. I / O portok csatlakoztatják a processzort a külvilág felé, biztosítva a feldolgozási eredmények feldolgozásának és kimenetének inputját, illetve a vezérlési műveleteket. A bemeneti portok tartalmazzák a gombokat (billentyűzet), a különböző érzékelőket; kimeneti portok - olyan eszközök, amelyek lehetővé teszik az elektromos vezérlést: mutatók, kijelzők, mágneskapcsolók, mágnesszelepek, villanymotorok stb.
A memória elsősorban a processzor működéséhez szükséges program (vagy programkészlet) tárolására van szükség. A program a processzor számára érthető parancssor, amelyet egy személy (általában programozó) ír.
A szerkezet a mikroprocesszoros rendszer az 1. ábrán látható egyszerűsített formában, a processzor tartalmaz aritmetikai logikai egység (ALU) végző digitális információk feldolgozását és a vezérlőegység (CU).
A memória jellemzően folyamatosan-only memory (ROM), amely illékony, és célja a hosszú távú tárolás (például programok) és operatív memória (RAM) ideiglenes tárolásához adatok.
1. ábra - A mikroprocesszoros rendszer felépítése
A processzor, a portok és a memória egymással kommunikálnak busszal. A busz vezetőkészlete, melyet egy funkcionális funkció egyesíti. A rendszerbuszok egy csoportját a rendszeren belüli rendszernek nevezik. amelyben:
Adatbusz DB (Data Bus), amelyen keresztül adatcsere történik a CPU, a memória és a portok között;
CB vezérlő busz (vezérlő busz), egy sor vonal, amely különböző vezérlőjeleket továbbít a processzorról a külső eszközökre és vissza.
A mikroprocesszor olyan szoftvervezérelt eszköz, amely digitális információ feldolgozására és vezérlésére szolgál, egy (vagy több) integrált áramkör formájában, elektronikus elemek nagyfokú integrálásával.
A mikroprocesszort számos paraméter jellemzi, mivel egyidejűleg egy komplex szoftvervezérelt eszköz és egy elektronikus eszköz (mikroáramkör). Ezért a mikroprocesszor esetében mind a testtípus, mind a processzorvezérlő rendszer fontos. A mikroprocesszor képességeit a mikroprocesszor architektúrájának koncepciója határozza meg.
A "mikro" előtag a processzor nevében azt jelenti, hogy mikrontechnikával történik.
2. ábra - Az Intel Pentium 4 mikroprocesszor megjelenése
Működés közben a mikroprocesszor elolvassa a program utasításait a memóriából vagy a bemeneti portról, és végrehajtja azokat. Az egyes parancsok meghatározását a processzor parancsrendszer határozza meg. A parancsrendszer a mikroprocesszor architektúrájába ágyazódik, és a parancskód végrehajtása bizonyos mikro-műveletek végrehajtásán keresztül fejeződik ki a processzor belső elemei által.
A mikroprocesszor architektúrája logikus szervezete; meghatározza a mikroprocesszor képességét a mikroprocesszoros rendszer kiépítéséhez szükséges funkciók hardver és szoftver implementálásához.
A mikroprocesszorok fő jellemzői:
1) Órafrekvencia (egység MHz vagy GHz) - az óraimpulzusok száma másodpercenként. Az óraimpulzusok egy óra generátort termelnek, amely a processzoron belül leggyakrabban található. mert Minden műveletet (utasításokat) ciklusokban hajtanak végre, akkor a munka teljesítménye (az egységenkénti műveletek száma) az órafrekvencia értékétől függ. A processzor frekvenciája bizonyos határokon belül változhat.
2) A processzor mérete (8, 16, 32, 64 bit stb.) - meghatározza az órai ciklusonként feldolgozott adatok bájtjainak számát. A processzor méretét a belső regiszterek szélessége határozza meg. A processzor lehet 8 bites, 16 bites, 32 bites, 64 bites stb. azaz Az adatok feldolgozása 1, 2, 4, 8 byte-os részletekben történik. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a bit kapacitása, annál nagyobb a teljesítmény.
Belső mikroprocesszoros architektúra
A tipikus 8 bites mikroprocesszor egyszerűsített belső architektúráját a 3. ábrán mutatjuk be. A mikroprocesszor szerkezetében három fő rész választható ki:
2) Számtani logikai egység (ALU). amely számtani és logikai műveleteket valósít meg;
3) Vezérlő és szinkronizáló séma - parancsok kiválasztását, az ALU működését szervezi, hozzáférést biztosít a mikroprocesszor minden regiszteréhez, érzékeli és külső vezérlőjeleket generál.
3. ábra - Egy 8 bites mikroprocesszor egyszerűsített belső architektúrája
Amint a diagramból látható, a processzor alapja a regiszter, amely speciális (meghatározott célra) és általános célú regiszterekre oszlik.
Akkumulátor - a nyilvántartás a logikai és számtani feldolgozást végző csoportok túlnyomó többségében; az ALU művelethez szükséges egyik adatbájt egyik forrása is, valamint az ALU művelet eredményének helye.
Az attribútumok nyilvántartása (vagy a zászlók nyilvántartása) tartalmaz információkat a mikroprocesszor belső állapotáról, különösen az utolsó ALU művelet eredményéről. A zászlóregiszter nem a szokásos értelemben vett regiszter, hanem egyszerűen egy sor zárolás (a zászló felemelkedik vagy elhagyható, általában vannak jelölőnégyzetek zéró, túlcsordulás, negatív eredmény és átvitel esetén.
A parancsregiszter tartalmazza az aktuális parancsbájtot, amelyet a dekódoló dekódol.
A külső buszvezetékeket a belső buszvonalak elszigetelik a pufferek használatával, és a fő belső elemeket egy nagysebességű belső adatbusz csatlakoztatja.
A többprocesszoros rendszer teljesítményének javítása érdekében a CPU-funkciók több processzoron oszthatók meg. A központi processzor segítése érdekében a koprocesszorokat gyakran vezetik be a számítógépbe. amely egy adott funkció hatékony végrehajtására irányul. A matematika és grafika széles körben használatos. I / O koprocesszorok. a központi processzor egyszerű, de számos külső eszközzel történő műveleteinek kirakodása.
Jelenleg a növekvő teljesítmény fő iránya a többmagos processzorok fejlesztése. azaz két vagy több processzort egy esetben egyesítve, hogy több műveletet párhuzamosan végezzen (egyidejűleg).
A processzorok fejlesztésében és gyártásában a vezető vállalatok az Intel és az AMD.
A mikroprocesszoros rendszer algoritmusa
Algoritmus - pontos recept, egyértelműen meghatározzák a folyamat átalakításának az eredeti adatokat a műveletek sorrendjét, amelyek foglalkoznak az összessége egy bizonyos típusú problémák és a kívánt eredményt.
A teljes mikroprocesszoros rendszer fő vezérlő eleme a processzor. Ő, néhány különleges eset kivételével, amely minden más eszközt ellenőrz. A fennmaradó eszközök, például a RAM, a ROM és az I / O portok rabszolgák.
A program utasításainak végrehajtása során vegye figyelembe a mikroprocesszor működésének sorrendjét:
3) A dekóder parancsok dekódolják a parancskódot.
4) A dekódolótól kapott információnak megfelelően a vezérlőeszköz rendszerszerű mikro-műveleteket állít elő, amelyek végrehajtják a parancs utasításait, beleértve:
- kivonja az operandusokat a regiszterekből és a memóriából;
- Végrehajtja a kód által előírt számtani, logikai vagy egyéb utasításokat;
- a parancs hossza függvényében módosítja a PC tartalmát;
A mikroprocesszor parancskészlete három csoportra osztható:
1) Az adatok mozgatására vonatkozó utasítások
2) Adatátalakítási parancsok
3) Command transfer parancs
Nagyon ritkán a program egy egymást követő parancsból áll. Az algoritmusok túlnyomó többsége megkívánja a program elágazását. Annak érdekében, hogy a program képes legyen megváltoztatni munkájának algoritmusait, bármilyen feltételtől függően, és parancsátviteli parancsként szolgálhat. Ezek a parancsok biztosítják a program végrehajtását különböző utakon és megszervezik a ciklusokat.
A külső eszközökhöz minden eszköz a processzoron kívül helyezkedik el (kivéve a RAM-ot), és a bemeneti / kimeneti portokon keresztül csatlakozik. A külső eszközök három csoportra oszthatók:
1) az emberi-számítógép kommunikáció eszközei (billentyűzet, monitor, nyomtató stb.);
2) vezérlő objektumokkal (érzékelők, működtetők, ADC-k és DAC-k) történő kommunikáció eszközei;
3) nagy kapacitású külső tárolóeszközök (merevlemez, lemezmeghajtók).
A külső eszközök a mikroprocesszoros rendszerhez fizikailag - összekötőkön keresztül és logikusan a portok (vezérlők) segítségével csatlakoznak.
A processzor és a külső eszközök kölcsönhatása esetén a megszakítási rendszert (mechanizmust) használják.
Ez egy olyan speciális mechanizmus, amely bármikor külső jelzéssel lehetővé teheti a processzor számára, hogy felfüggeszti a főprogram végrehajtását, végezze el a megszakítási eseményhez kapcsolódó műveleteket, majd visszatérjen a főprogram végrehajtásához.
Bármely mikroprocesszor legalább egy megszakítási kérelmet tartalmaz INT (a megszakítás szóból).
Tekintsünk egy példát a személyi számítógép processzora és a billentyűzet közötti interakcióra (4. ábra).
Billentyűzet - a karakteradatok és a vezérlési parancsok bevitelére szolgáló eszköz. A billentyűzet csatlakoztatása a számítógéphez speciális billentyűzet port (chip).
4. ábra - CPU művelet a billentyűzet segítségével
1) A gomb megnyomásakor a billentyűzetvezérlő digitális kódot generál. Ez a jel belép a billentyűzet port-chipébe.
2) A billentyűzet port egy megszakítási jelet küld a processzornak. Minden külső eszköznek megvan a saját megszakítási száma, amely szerint a processzor észleli.
4) Ez a program irányítja a processzort a billentyűzet portjára, és a digitális kód be van töltve a processzorregiszterbe.
5) A digitális kód tárolódik a memóriában, és a processzor egy másik feladathoz jut.
A nagy sebességű működés miatt a processzor egyidejűleg számos folyamatot hajt végre.