АРХИТЕКТУРА МОДУЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

В 1971г. фирма Intel разработала первый микропроцессор I 4004: 4х-разрядное параллельное вычислительное устройство с тактовой частотой работы 750 кГц (может обрабатывать двоичные числа, длиной 4 разряда). Микропроцессор предназначался для использования в карманных калькуляторах и в ряде других областей.

Затем были разработаны: микропроцессоры I 4040, I 8008

Появляется революционный процессор I 8080 – самый удачный (регистровая система; хорошая архитектура; под него был построен первый компьютер АЛЬТАИР, создан первый интерпретатор Бейсика; обрабатывает 8-ми-разрядные двоичные слова, тактовая частота 2 МГц). Он является прототипом отечественного микропроцессора К 580 (КР 580). Классическая архитектура данного процессора оказала огромное влияние на дальнейшее развитие микропроцессоров.

1979г. – разработан микропроцессор I 8088 (К 588).

1981г. – IBM на базе микропроцессора I 8088 создает первый персональный компьютер.

1982г. – разработан микропроцессор I 80286 - 16ти-разрядный процессор с возможностью обращаться к 16 Мб памяти.

1985г. – разработан микропроцессор I 80386 - 32х-разрядный процессор.

1991г. - разработан микропроцессор I 80486 - 32х-разрядный процессор, с возможностью адресации к 4 Гб памяти.

1993г. – Intel создает новые микропроцессоры серии Pentium.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МИКРО-ЭВМ

НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО КОМПЛЕКТА КР 580

Основой любой микро - ЭВМ является модуль центрального процессора (МЦП). На выходе модуля формируются шины (магистрали): магистраль адреса, магистраль данных и магистраль управления (рисунок 1).

Магистраль (шина) – это (физически) набор проводников. По шинам передаются данные, адреса и команды для управления всеми устройствами микро – ЭВМ. Рядом с изображением магистрали указываются числа, обозначающие разрядность магистрали (количество проводников в шине).

ПЗУ представляет из себя набор ячеек памяти, каждая ячейка памяти имеет свой определенный адрес. ПЗУ предназначено для хранения программ и неизменяемых данных; является энергонезависимым; в обычных условиях работает в режиме чтения информации. При изготовлении в ПЗУ записывается программа, с которой работает микропроцессор. При отключении питания информация сохраняется.

ОЗУ предназначено для хранения изменяемых данных и программ, является энергозависимым, может работать в режимах чтения и записи информации.

Структурная схема микро-ЭВМ на база микропроцессора

МЦП - модуль центрального процессора; МА – магистраль адреса; МД – магистраль данных; МУ – магистраль управления; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.

АРХИТЕКТУРА МОДУЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА

(микропроцессор КР580)

Архитектура модуля центрального процессора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Архитектура модуля центрального процессора

ВМД – внутренняя магистраль данных.

А –аккумулятор - 8 – ми разрядный регистр предназначен для хранения первого операнда и результата операции. (регистр – это электронное устройство, в котором есть восемь ячеек, в которые можно записать 1 или 0. Операнд – это некоторые данные, с которыми необходимо что – то сделать).

РВХ – регистр временного хранения (программно недоступен – нет ни одной команды с помощью которой можно обратиться к этому регистру). Предназначен для хранения второго операнда при двуместных операциях.

АЛУ–арифметико – логическое устройство (сумматор), это операционный узел микропроцессора, в котором выполняются операции над двоичными числами.

(В принципе в АЛУ могут выполняться только две операции:  - суммирование восьмиразрядных двоичных чисел и инвертирование восьмиразрядного двоичного числа.)

F –флаговый регистр  (регистр признаков) – это 8-ми разрядный регистр, в котором формируются флаги результатов операций (рисунок 3).

Номер разряда     7 6 5 4 3 2 1 0   

Рисунок 3 - Формат флагового регистра

- FS (sign - знак) – флаг знака.  Условия формирования:

если результат операции >0, то “0”→ FS,

если результат <0, то “1”→ FS.

- FZ(zero - ноль) – флаг нуля.  Условия формирования:

если результат операции ≠0, то “0”→FZ,

если результат операции = 0, то 1→FZ.

- FP– флаг четности.  Условия формирования:

если результат операции чётный, то  1→FР,

если результат операции нечётный, то  0→FР). (Четный – это результат, в двоичном эквиваленте которого четное количество единиц).

-FC – флаг переполнения результата

Если при получении результата произошло переполнение в старшем седьмом разряде, то единица записывается в ячейку флага переполнения результата (1→FC).

-FC’ – флаг вспомогательного переноса

Если при получении результата возник перенос из третьего  в четвертый разряд, то единица записывается в ячейку флага вспомогательного переноса (1→FC’).

ДКА – блок десятичной коррекции аккумулятора. При выполнении команды DАА блок преобразует двоичное содержимое аккумулятора в двоично-десятичную форму. Это преобразование производится чисто формально и, при дальнейшем использовании, преобразованное число будет восприниматься как двоичное.

B, C, D, E, H, L – шесть регистров общего назначения (8-ми разрядные), предназначены для хранения промежуточных результатов. При необходимости, при выполнении некоторых команд эти регистры образуют 16ти-разрядные пары, в которых можно записать 16ти-разрядное двоичное число. (Число длиной 2 байта можно записать в паре регистров.)

СК –счетчик команд - это 16ти-разрядный регистр, в котором хранится адрес следующей команды.

УС –указатель стека, 16ти-разрядный регистр, в котором хранится адрес вершины стека.

Вершина стека – это ячейка памяти, к которой производится обращение, при выполнении команд стека.

Стек – это специализированная область памяти ОЗУ, общение с которым происходит по специальным командам (командам стека) и по специальному протоколу: «первым пришел, последним обслужили».

I/Д – инкремент/декремент, это 16ти-разрядный регистр, при каждом обращении к которому (с помощью специальных команд) происходит уменьшение или увеличение содержимого регистра на 1.

Например: INR A, по этой команде к содержимому аккумулятора прибавится единица и результат запишется в аккумулятор: (А) + 1→(А).

              DCR A, по этой команде из содержимого аккумулятора вычитается единица и результат запишется в аккумулятор: (А) - 1→(А).

             INX H, по этой команде к паре регистров HL прибавится единица, результат запишется в HL: (HL) + 1→(HL).

БА – буфер адреса, на выходе которого формируется 16 – ти разрядная шина адреса.

БД – буфер данных, на выходе которого формируется 8 – ми разрядная шина данных.

ДШК – дешифратор команд.

БК – буфер команд, на выходе которого формируется шина управления.