Мікропроцесори та мікроконтролери

Узагальнена структура мікропроцесора

Процесор - це функціональний блок обчислювального пристрою, призначений для реалізації обробки цифрових даних і управління ходом цієї обробки. Зазначені дії виконуються процесором по командах, які він автоматично зчитує з пам'яті обчислювача.

В узагальненому вигляді функціонування процесора може бути подано як циклічне чергування двох етапів - (1) вибірки (читання) команд з пам'яті та їх дешіфраціі , і (2) виконання команд.

Вибірка (читання) команд є автоматичним процесом, що відбувається під впливом імпульсів від генератора тактовим імпульсів (ГТВ), і не залежить від програміста в розумінні механізму реалізації, який жорстко визначається апаратною структурою процесора.

Дешіфрація команди являє собою процес формування послідовності керуючих сигналів для всіх вузлів процесора і інших блоків обчислювача на основі інформації (т. е. коду), що міститься в команді.

Дії, які виконуються у відповідності з командою , можуть являти собою арифметичну або логічну обробку даних, пересилання даних, формування адреси наступної команди або зміну режимів роботи процесора. У будь-якому разі ці дії визначаються програмістом в рамках наявної в його розпорядженні системи команд конкретного процесора. Після виконання дій, що задаються командою, процесор автоматично переходить до вибірці наступної команди з пам'яті.

Сучасні мікропроцесори істотно розрізняються набором функціональних блоків і зв'язками між ними. Тим не менш, у структурі будь-якого процесора можна виділити основні елементи, що визначають специфіку процесора як керуючого центру обчислювача. Перш за все, мова йде про двох блоках: пристрої управління та операційному пристрої.

Пристрій управління (УО) призначене для реалізації вибірки команд, їх дешіфраціі, і на основі цього - для керування обміном і обробкою інформації шляхом створення послідовності керуючих сигналів.

Операційний пристрій (ОУ) служить для обробки цифрової інформації (арифметичні та логічні операції, зсуви, аналіз чисел і т.п.).

Узагальнена структура мікропроцесора показана на мал. 3.1.

Рис. 3.1. Узагальнена структура мікропроцесора

Основним елементом для зберігання інформації всередині процесора є регістри , які виконують функцію сверхоператівного ОЗУ з мінімальним часом запису та зчитування.

Регістр команд РгК (англ. IR - insructionregister) використовується для фіксації коду команди після зчитування її з пам'яті. Як правило, у цьому регістрі фіксується лише код операції (КОП) - частина коду команди, яка визначає виконуваних дій і спосіб адресації операндів (див. нижче).

Регістри операндів служать для зберігання даних у процесі їх обробки, дозволяють уникати постійних звернень до пам'яті. У сучасних процесорах кількість регістрів операндів може досягати 10-15 штук. По суті, вони утворюють внутрішню пам'ять процесора. У Однокристальний мікроконтролерах кількість регістрів операндів доведено до кількох десятків, і стосовно до них вводиться поняття регістровий файлу. Деякі з регістрів операндів можуть використовуватися також для зберігання або формування адрес інших операндів, т . е. на їх основі реалізується механізм непрямої адресації даних в пам'яті (див. нижче). Дані, які були розміщені в регістрах операндів, надходять на обробку в арифметика-логічне пристрій (АЛУ). У деяких типах процесорів один з регістрів операндів завжди є і приймачем результату операції в АЛУ - такий регістр прийнято називати регістром-акумулятором Процесори, в яких прийнята схема виконання операцій у вигляді:

<акумулятор> (операція) <операндів>