Структура и описание работы микропроцессора

МИНИСТЕРСТВА  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГОСУДАРСТВЕННОГО  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ

  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курский филиал 

РЕГИСТРАЦИОННЫЙ НОМЕР 

Факультет: Экономический

Курс: 1

Шифр: Мен-П-1175 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

Дисциплина: информатика

Студент: С.В. Латышева

Рецензент: к.т.н. С.И. Татулов

Дата получения    _____________________________________________________

Дата возврата       _____________________________________________________

Оценка    ____________________________________________________________

Подпись преподавателя  _______________________________________________ 
 
 
 
 

Курск 2010 
 
 
 
 
 

Структура и описание работы микропроцессора 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Общая характеристика микропроцессора.

    Структура микропроцессора.

    Работа микропроцессора.

    Последовательность  работы блоков ПК.

    Список литературы. 
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОПРОЦЕССОРА 

   Микропроцессор, иначе, центральный процессор-Central Processing Unit (CPU)- функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненных в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

   Для МП на БИС или СБИС характерны:

  • простота производства (по единой технологии);
  • низкая стоимость (при массовом производстве);
  • малые габариты (пластина площадью несколько квадратных сантиметров или кубик со стороной несколько миллиметров);
  • высокая надежность;
  • малое потребление энергии.                                                  Микропроцессор выполняет следующие функции:
  • чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
  • чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
  • прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
  • выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

   Разрядность шины данных микропроцессора  определяет разрядность ПК в  целом; разрядность шины адреса МП-его адресное пространство.

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

   Микропроцессоры различаются по имеющимся в их наличии ресурсам, что влияет на скорость их работы они могут отличаться как числом, так и размерами самих регистров. Размеры определяются числом бит, с которыми он может работать одновременно, т. е. 16 – битному микропроцессору необходим один или более регистров размерностью в 16 бит. Бит – это двоичный разряд, принимающий значение 0 или 1 и являющийся наименьшим количеством информации. Наряду с битом широко используются следующие понятия: байт, равный 8 бит, килобайт (Кб) равный 1024 байт, мегабайт (Мб) равный 1024 Кб, гигабайт (Гб) равен 1024 Гб. Байт информации используется для кодирования и представления в ПЭВМ одного символа (буквы, цифры, знака и т. п.). На скорость обработки информации оказывает влияние и число бит в шине данных. Микропроцессора с 8 -, 16-, 32- битными шинами данных используются различными модификациями компьютеров IBM. Число бит адресной шины влияет на объем адресной памяти, например, микропроцессор с 16- адресными линиями может работать с 65536 различными ячейками памяти (64К).  

СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА. 

   Микропроцессор (МП)- это центральный блок  ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входит:

  • Устройство управления (УУ);
  • Арифметико-логическое устройство (АЛУ);
  • Микропроцессорная память (МПП);
  • Интерфейсная часть  микропроцессора;

    Устройство  управления

       Устройство управления является функционально наиболее сложным устройством ПК. Оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины.

        Регистр команд - запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд.

       Дешифратор операций – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множеств, имеющихся у него выходов.

    Постоянно запоминающие устройство микропрограмм - хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимых для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.

       Узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП)- устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП.

       Кодовые шины данных, адреса и инструкций - часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора. В общем случае устройство управления формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

    • выборки из регистра – счетчика адреса команды МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;
    • выборки из ячеек ОЗУ когда очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;
    • расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;
    • считывание из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;
    • считывание из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формировании полных адресов операндов;
    • выборки операндов (по сформированным адресам) и выполнении заданной операции обработки этих операндов;
    • записи результатов операции в память;
    • формирования адреса следующей команды программы.
 
 
 
 

    Арифметико-логическое устройство

    Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

       Функционально  АЛУ состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).

       Сумматор – вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного машинного слова.

    Регистры – быстро действующие ячейки памяти различной длины: регистр 1 (pr1) имеет разрядность двойного слова, а регистр 2 (pr2)- разрядность слова.

       При выполнении операций  в pr1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции – результат; в pr2- второе число, участвующее в операции (по завершении операции информация в нем не изменяется). Регистр1 может принимать информацию с кодовых шин данных, и выдавать информацию на них, регистр 2 только получает информацию с этих шин.

       Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления, и преобразует их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.

       АЛУ  выполняет арифметические операции ( +, - ,*, : ) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. только над целыми двоичными числами.

       Выполнение  операций над двоичными числами  с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется или с привлечением математического сопроцессора, или по специально составленным программам.

    Микропроцессорная память

       Микропроцессорная память – память наибольшей емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия (время обращения к МПП, т.е. время, необходимое на поиск, запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами – тысячными долями микросекунды).

       Она  предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины участвующей в вычислениях, МПП используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

       Микропроцессорная  память состоит из  быстродействующих регистров  с разрядностью не менее машинного слова. Количество и разрядность регистров в разных микропроцессорах различны: от 14 двухбайтных регистров у МП 8086 до нескольких десятков регистров разной длинны МП Pentium.

       Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные.

       Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (адреса команды, например), признаков результатов выполнения операций и режимов работы ПК (регистр флагов, например) и др.

       Регистры общего  назначения являются универсальными и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении  ряда процедур.

    Интерфейсная  часть микропроцессора

    Интерфейсная  часть МП предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.

       Интерфейсная  часть включает в свой состав  адресные регистры МПП, узел  формирования адреса, блок регистров  команд, являющийся буфером команд  в МП, внутреннюю интерфейсную  шину МП и схемы управления  шиной  и портами ввода-вывода.

       Порты ввода-вывода - это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес – номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода – вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

       Порт  устройства содержит аппаратуру  сопряжения и два регистра  памяти – для обмена данными  и обмена управляющей информацией.  Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства (НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер, сопроцессор и др.) имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода – вывода.

       Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

      • формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на прием или передачу и др.);
      • прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его состоянии;
      • организацию сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода – вывода и МП.

   Схема  управления шиной и портами  использует для связи с портами  кодовые шины: при доступе к порту МП посылает сигнал по КШИ, который оповещает все устройства ввода – вывода, что адрес на КША является адресом порта, а затем поcылает и сам адрес порта. То устройство, адрес порта которого совпадает, дает ответ о готовности, после чего по КШД осуществляется обмен данными. 
 

РАБОТА  МИКРОПРОЦЕССОРА 

   Микропроцессор  реагирует на каждый конкретный  входной сигнал одним и тем  же определенным образом. Последовательность  бит, поступающая, в микропроцессор  приказывает, ему выполнить определенную  операцию. Например, сложение требует  около 7 инструкций. Каждая конкретная команда говорит микропроцессору, где конкретно брать числа, что приводит к небольшим вариациям.

   Числа, с которыми работает микропроцессор, должны быть размещены в одном из 3-х мест: в регистрах микропроцессора, в оперативной памяти (RAM), либо в самой микрокоманде. Числа из внешней памяти должны быть сначала считаны в ОП. Команды микропроцессора заносят числа в его регистры, обрабатывают их, а затем записывают результат в память или во входной порт устройства.

   Микропроцессоры  могут выполнять только такие простые пошаговые инструкции в двоичной системе исчисления. В процессе программирования происходит замена множества стандартных пошаговых операций одной командой.

   Сопроцессор – специальная интегральная схема, которая работает совместно с главным процессором. Сопроцессор – обычный микропроцессор, не столь универсальны, как главный. Он настраивается на выполнение определенной специфической функции, например, математической операции или графического представления и выполняет ее во много раз быстрее, чем главный процессор. Его деятельность определяется главным процессором. Множество команд процессора и сопроцессора не совпадают. Программы для сопроцессора пишутся специальным образом, поэтому сам по себе сопроцессор не улучшает производительности компьютера. Если программа не использует микрокоманд сопроцессора, то скорость ее выполнения не увеличится при наличии сопроцессора.   
 

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ  РАБОТЫ БЛОКОВ ПК. 

Программа хранится во внешней памяти ПК. При запуске  программы в работу пользователь выдает запрос на ее исполнение в дисковую операционную систему (DOS Disk Operation System) компьютера. Запрос пользователя – это ввод имени исполняемой программы в командную строку на экране дисплея. Главная команда DOS – Command. com обеспечивает перезапись машинной (исполняемой) программы из внешней памяти в ОЗУ, в которой находится начало (первая команда) этой программы.

   После  этого автоматически начинается  выполнение команд программы  друг за другом. Каждая команда  требует для своего исполнения нескольких тактов работы машины (такты определяются периодом следования импульсов). В первом такте выполнения любой команды из ОЗУ по адресу, установленному в регистре – счетчике адреса, и запись этого кода в блок регистров команд устройства управления. Содержание второго и последующих тактов исполнения определяется результатами анализа команды, записанной в блок регистров команд, т.е. зависит уже от конкретной команды.

   Пример. При выполнении машинной команды будут выполнены следующие действия:

  • второй такт: считывание из ячейки 0103 ОЗУ первого слагаемого и перемещение его в АЛУ;
  • третий такт: считывание из ячейки 5102 ОЗУ второго слагаемого и перемещение его, а АЛУ;
  • четвертый такт: сложение в АЛУ переданных туда чисел и формирование суммы;
  • Пятый такт: считывание из АЛУ суммы чисел и запись ее в ячейку 0103 ОЗУ.

   В конце  последнего (в данном случае пятого) такта выполнения команды в  регистр – счетчик адреса команд  МПП будет добавлено число,  равное количеству байтов, занимаемых  кодом выполненной команды программы. Поскольку емкость одной ячейки памяти ОЗУ равна 1 байту и команды программы в ОЗУ размещены последовательно друг за другом, в регистре – счетчике адреса команд будет формирован адрес следующей команды машинной программы, и машина приступит к ее исполнению и.т.д. Команды будут выполняться последовательно одна за другой, пока не завершится вся программа. После завершения программы управление будет передано обратно в программу Command. Com операционной системы.  

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  литературы. 

    1. Айден К. и др. Аппаратные средства РС. - СПБ.:BHV. 2001.
    2. Браун С. Visual BASIC 6:Учебный курс.-  СПБ.: Питер-2000.
    3. Гаевский А.Ю. Самоучитель работы на компьютере / учеб. Пособие – М.: Технолоджи, 2003.
    4. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс: Учебник для ВУЗов СПБ.: Питер.-2003.
    5. Хэлверсон М., Янг М. Эффективная работа с Microsoft Office 2000.-СПБ.: Питер, 2003.
    6. http:// compiron. euro.ru мир компьютерного железа.
    7. http:// www/. Programz. By. Ru/-полезные программы и информация.
 
 
 
 
 
 
 
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

ИП  Поляков                ТОВАРНЫЙ ЧЕК  № _____

Андрей  Иванович

ИНН   462400023291

ОГРН  304461432900151                          «____» __________________20__г.

 

                            Наименование товара       К - во         Цена                   Сумма
       
       
       
       
       
       
       
       
       

Итого_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оплачено: наличными денежными средствами и ( или ) с использованием платежных карт                              

____________________________________________________________________ Продавец ___________________________________________________________