Внутреннее построение микропроцессора. АЛУ.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для обработки данных. В зависимости от вида выполняемой операции АЛУ оперирует одним или двумя словами. Состав АЛУ:

- четырехразрядные сумматоры – вычитатели;

- логические элементы для выполнения операций: логического умножения, логического сложения, инверсии, исключающее ИЛИ и т.д.;

- два входных порта, один выходной порт, которые являются буферными регистрами, способным хранить одно слово данных.

Два входных порта позволяют АЛУ принимать данные с внутренней шины данных микропроцессора, или из аккумулятора (специального регистра). Выходной порт служит для пересылки данных в аккумулятор.

Основные операции АЛУ: сложение, вычитание, И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, инверсия, сдвиг вправо, сдвиг влево, приращение положительное, приращение отрицательное.

АЛУ производятся в виде микросхем с числом разрядов: 4, 6, 8, 16. Чаще всего используются восьмиразрядные АЛУ, которые имеют 8 входов для первого слова, 8 входов для второго слова и 8 выходов, подключенных к проводной шине.

2Архитектуры процессоров по разделению памяти данных и команд (Архитектура фон Неймана, Гарвардская архитектура).

Архитектура фон Неймана — архитектура с общей, единой шиной для данных и команд. В составе системы в этом случае присутствует одна общая память, как для данных, так и для команд (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Архитектура с общей шиной данных и команд.

Гарвардская архитектура — это архитектура с раздельными шинами данных и команд. Она предполагает наличие в системе отдельной памяти для данных и отдельной памяти для команд (рис. 1.16). Обмен процессора с каждым из двух типов памяти происходит по своей шине.

Рис. 1.16. Архитектура с раздельными шинами данных и команд.

Архитектура фон Неймана распространена гораздо больше, она применяется, например, в ПК и в сложных микрокомпьютерах. Гарвардская архитектура применяется в основном в однокристальных микроконтроллерах.

Архитектура фон Неймана проще, не требует от процессора одновременного обслуживания двух шин, контроля обмена по двум шинам сразу. Наличие единой памяти данных и команд позволяет гибко распределять ее объем между кодами данных и команд. В системах с такой архитектурой память бывает довольно большого объема (до десятков и сотен мегабайт).

Гарвардская архитектура сложнее, она заставляет процессор работать одновременно с двумя потоками кодов, обслуживать обмен по двум шинам одновременно. Программа может размещаться только в памяти команд, данные — только в памяти данных. Преимущество Гарвардской архитектуры заключается в быстродействии. Обмен по обеим шинам может быть независимым, параллельным во времени.

Архитектуры процессоров по набору команд (RISC, CISC).

Уровень архитектуры команд включает набор машинных команд, которые выполняются микропрограммой-интерпретатором или аппаратным обеспечением.

CISC-архитектура, компьютер на микропроцессоре с полным набором команд

RISC-архитектура, компьютер с сокращенным набором команд

	CISC	RISC
Рынок	Персональные ЭВМ	Высокопроизводительные компьютеры
Реализация	Микропрограммная (интерпретация)	Аппаратная
Число регистров общего назначения	небольшое	большое
Формат команд	большое количество форматов команд различной разрядности	команды фиксированной длины и фиксированного формата
Адресация	большое количество методов адресации, преобладание двухадресного формата команд	простые методы адресации, трехадресный формат команд

Микропроцессор, микрокомпьютер, микроконтроллер. Определения и отличительные особенности.

Микропроцессор – это процессор, который реализован на 1 микросхеме.

Процессор – это устройство, предназначенное для выполнения арифметических, логических операций и управления.

Характеристики микропроцессора:

· Центральное устройство – микро ЭВМ

· Возможны 2 базовые архитектуры (Фон Неймана и гарвардская)

· Для работы необходимы дополнительные устройства.

Работа микропроцессора (цикл, выработка, выполнение):

· Считывает сл. Машинное слово из памяти команд

· Декодирует

· В случае необходимости считывает операнды

· Выполняет команду

· Записывает результат в память

Для функционирования микропроцессора необходимо добавить память и периферийные устройства. У микропроцессора имеется дешифратор команд, арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Микро ЭВМ = микропроцессор + память + периферия (рис.)

Периферия микро ЭВМ:

· Цифровые входы и выходы

· АЦП

· ЦАП

· Таймеры/счетчики

· Сетевые интерфейс и связи

· Устройства графического вывода

Микроконтроллер – это микросхема для управления электронными устройствами (микро ЭВМ реализованная на 1 кристалле).

Особенности микроконтроллера:

· Микро ЭВМ на 1 микросхеме или кристалле

· Все вычислительные мощности и каналы вв/выв необходимы для разработки систем управления реального времени

· Основа большинства современной продукции