Микросхемы процессоров. Цоколевка типичного ЦП

Основу центрального процессора ВМ составляет микропроцессор -обрабатывающее устройство, служащее для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти и внешним устройствам и для управления ходом вычислительного процесса. В настоящее время существует большое число разновидностей микропроцессоров, различающихся по назначению, функциональными возможностями, структурой, исполнением.

Для работы центральному процессору (ЦП), или микропроцессору (МП), необходимы напряжение питания и тактовые сигналы (импульсы). Генератор тактовых импульсов (ГТИ) может быть отдельным устройством или входить в состав кристалла МП.

Все современные микропроцессоры помещаются на одной микросхеме, что определяет их взаимодействие с остальными частями системы. Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые происходит обмен информации с внешним миром.

Выводы микросхемы центрального процессора можно подразделить на три типа: адресные, информационные и управляющие. Эти выводы связаны с соответствующими выводами на микросхемах памяти и микросхемах устройств ввода/вывода (УВВы) через набор параллельных выводов (так называемую шину).

Микропроцессор контролирует все системы и управляет ими посредством линий управления и/или контроля. Адресная шина выбирает ячейку памяти или порты ввода/вывода, представляющие часть интерфейса ввода/вывода. Двунаправленная шина данных служит для передачи данных в центральное устройство обработки информации (ЦП) или из него. ЦП пересылает данные в память или получает их из нее посредством шины данных.

Чтобы вызвать команду, центральный процессор сначала посылает в память адрес этой команды по адресным выводам. Затем по линиям управления посылается сигнал, что требуется процессору (например: прочитать слово). Память выдаёт ответ на информационные выводы процессора и посылает сигнал (по линиям управления), что работа выполнена. Когда центральный процессор получает данный сигнал, он принимает слово и выполняет вызванную команду. Таким образом, ЦП обменивается информацией с памятью и устройствами ввода/вывода, подавая сигналы на выводы и принимая сигналы на входы. Команда может потребовать чтения или записи слов, содержащих данные. В этом случае процесс повторяется для каждого дополнительного слова.

На рис.2.24 приведена упрощенная схема обмена сигналами[5] между ЦП и другими узлами ВМ. Сигналы из ЦП: 1 - установка физического адреса устройства, к которому обращается ЦП; 2 - команда, которую должно выполнить устройство, информация для записи в Память. Сигналы в ЦП: 3 - ответ устройства, в общем случае содержит сигнал о выполнении требуемой команды и информацию, поступающую по шине данных из Памяти. Сигналы в устройства: 1 – физический адрес устройства; 2 – команда, которую должно выполнить устройство; 3 –информации, поступающая по шине данных. Сигналы из устройства: 3 - ответ устройства, информации из шины данных.

Число адресных и число информационных выводов являются ключевыми параметрами, определяющими производительность процессора. Микросхема, содержащая m адресных выводов, может обращаться к 2^m ячейкам памяти (m=16, 20, 32, 65). Микросхема, содержащая n информационных выводов, может считывать или записывать n –битное слово за одну операцию (n=8, 16, 32, 64).

Выводы управления регулируют и синхронизируют поток данных к процессору и от него.

Все процессоры содержат выводы для питания (обычно +1,5в, +3,3в или +5в), «Земли» и синхронизирующего сигнала (меандра). Остальные выводы разнятся от процессора к процессору, однако выводы управления можно разделить на несколько основных категорий:

1. управление шиной. Выводы управления шиной в основном являются выходами из ЦП в шину (т.е. входами в микросхемы памяти и микросхемы УВВы);

2. прерывание. Выводы прерывания – это входы из УВВы в процессор. В большинстве систем процессор может дать сигнал УВВы начать операцию, а затем приступить к какому-нибудь другому действию, пока УВВы выполняет свою работу. Когда УВВы закончит свою работу, контроллер устройства посылает сигнал на один из выводов прерывания, чтобы прервать работу процессора и заставить его обслужить УВВы;

3. арбитраж шин. Выводы разрешения конфликтов (особая микросхема арбитр шин) используется для регулирования потока информации в шине, т.е. не допускают попыток использования шины нескольким устройствами одновременно (в таких случаях ЦП считается устройством);

4. сопроцессор. Некоторые ЦП могут работать с различными сопроцессорами – графическими процессорами, процессорами с плавающей точкой и т.п.;

5. состояние;

6. разное.

Схема типичного центрального процессора, в котором используются эти типы сигналов, изображена на рис.2.25.

2.6.2. Характеристики микропроцессоров.

Микропроцессор характеризуется тремя основными параметрами - тактовой частотой, разрядностью, архитектурой, набором команд. Рассмотрим каждую из этих характеристик.

2. Тактовая частота – количество элементарных операций (тактов[6]), выполняемых МП в одну секунду.

Работа МП синхронизируется импульсами тактовой частоты от задающего генератора, выполненного на основе кварцевого резонатора. Чем выше тактовая частота МП, тем, при прочих равных условиях, выше его быстродействие.

Поиск по сайту: