Функции и характеристики микропроцессоров

Микропроцессор (МП), или central processing unit (CPU) — функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной сверхбольшой (СБИС) интегральной схемы.

Микропроцессор выполняет следующие базовые функции:

Ÿ вычисление адресов команд и операндов;

Ÿ выборку команд из кэш-памяти или основной памяти (ОП);

Ÿ дешифрацию команд;

Ÿ выборку данных из кэш-памяти, ОП, регистров;

Ÿ обработку данных согласно инструкции, запись результатов в кэш-память и ОП;

Ÿ прием и обработку запросов от адаптеров на обслуживание ВУ;

Ÿ выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

Ÿ переход к следующей команде.

Этот алгоритм выполняется процессором с момента подачи питания и до момента выключения. Конечно, при выполнении различных команд, этот алгоритм может расширяться либо сужаться, но основные, базовые функции остаются неизменны.

Основными параметрами микропроцессора являются:

Ÿ разрядность;

Ÿ рабочая тактовая частота;

Ÿ размер кэш-памяти;

Ÿ состав инструкций;

Ÿ конструктив;

Ÿ рабочее напряжение;

Ÿ объем и виды устройств памяти и т. д.

Разрядность микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции;

Разрядность шины данных определяет количество разрядов одновременно передаваемых по шине;

Разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство.

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

Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, ибо каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины материнской платы, с которой работает (может работать) МП.

Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:

Ÿ L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП 486 и у МП 386SLC);

Ÿ L2 — память 2-го уровня, (впервые введен в МП Pentium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности мик­ропроцессорной шины.

Состав инструкций — перечень, вид и тип команд автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит даже классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIM и т. д.). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут выполняться эти процедуры.

Конструктив определяет геометрические и физические параметры разъемных соединений, в которые устанавливается МП, и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП.

Память «расползлась» по многим компонентам.

Оперативная (основная) память (ОЗУ) — самый большой массив ячеек памяти со смежными адресами. Реализуется, как правило, на модулях (микросхемах) динамической памяти. Для повышения производительности обмена данными оперативная память кэшируется сверхоперативной памятью.

Кроме оперативной, память включает также и постоянную (ПЗУ), из которой можно только считывать команды и данные, и некоторые виды специальной памяти (например, видеопамять графического адаптера).

Вся эта память, вместе с оперативной, располагается в едином адресном пространстве и имеет линейную адресацию.

Память дополняется внешними устройствами хранения данных, например, дисковыми. Эти устройства предназначены для записи данных с целью последующего считывания (возможно, и на другом компьютере). Каждый байт (ячейка памяти, порт) имеет собственный уникальный физический адрес. Этот адрес устанавливается на системной шине процессором, когда он инициирует обращение к данной ячейке или порту. Самое существенное различие пространств основной и внешней памяти: процессор может считывать инструкции для исполнения только из пространства основной памяти, то есть для того чтобы этот код исполнить, его необходимо записать в основную память.