Кіріспе

Микропроцессор — жүйелік тақтаның ең маңызды құрғысы, ол деректерді тікелей өңдейді, атап айтқанда, бөлектелген деректермен арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды. Микропроцессор - бір немесе бірнеше үлкен интегралды кестеде орындалған, берілісті өңдейтін бағдарламалық құрылғы; көліктердің автоматты басқару агрегатында қолданылады.

Микропроцессор бір мезгілде қатарынан 8, 16 немесе 32 биттік деректерді өңдей алады. 8 биттік процессор бір мезгілде небары бір бит дерекпен ғана жұмыс істей алады. 16 биттік процессор бір мезгілде 2 байт, ал 32 биттік процессор — 4 байт өңдейді.

Жалпы алғанда 16 биттік компьютер 8 биттік жүйеден жылдамдырақ жұмыс істейді, ал 32 биттік компьютер 8 және 16 биттік үлгілерден жылдамырақ. Микропроцессор, жады және периферия құрылғылардың арасында дерек беру үрдісі шина арқылы жүзеге асырылады. Қазіргі заманғы процессорлардың көпшілігінде 32 биттік шина қолданылады, яғни бір мезетте 32 биттік дерек беруге болады. 64 биттік шиналы компьютер де болады, бірақ олар әлі кең тарай қойған жоқ.

2. Микропроцессорлардың архитектурасы. Микропроцессордың типтік құрылымы

Разрядтылық – 1) разрядтар саны; бір машиналық сөздегі ең көп екілік разрядтар саны; 2) регистрде сақталынатын сӛздің барынша ұзындығы. Қуаттылық қоректену қоректендіру көзі – мамандандырылған компьютер – бір ғана нақты мәселені орындауға арналған компьютер (мысалы, тігін машинасын немесе автоматтық станокты басқаратын құрылғы). Микропроцессор деп бағдарламаланушы логикамен бас құрылғы немесе бағдарламаланушы құрылғыны айтады. Микропроцессор жұмыс атқару жүйесін программалық түрде өзгерте отырып, мәліметтерді өңдеп, түрлендіріп бере алатын бір немесе бірнеше үлкен интегралдық схемалар жинағы. Микропроцессор келесі сипттамаларға ие болады: 1. адрестік және мәліметтердің разрядтылығы; 2. корпустың түрі әр түрлі 3. шашырау қуаты 4. температуралық диапазоны 5. разрядтылық мүмкіндігін кеңейту 6. цикл уақыты командаларды орындау 7. сигналдардың деңгейі 8. бөгеуілге орнықтылық 9. жүктемелік қабілеттік 10. сигналдарды шығыста біріктіру 11. сенімділігі. Микропроцессор жинағында үлкен ИС-дың санына қарай бір кристалдық, кӛпкристалдық және секциялық кӛпкристалдық микропроцессорларды ажыратуға болады. Жалпы белгілеу бойынша универсалдық және мамандандырылған микропроцессор бӛлінеді. Универсалдық МП - әр түрлі есептерді шешу үшін қолданады. Мамандандырылған МП - алдын-ала анықталған есепті шығару үшін қолданылады. Кіру сигналдарды ӛңдеу түрі жағынан өзгешелігі:

1. цифрлық микропроцессорлі

2. аналогтық МП (дәлдігі жоғары, оның ішінде аналогтық-цифрлік және цифрлік-аналогық түлендіргіштер де қосқан). Орындалатын бағдарламаға санына қарай – бір және кӛп бағдарламалы МП. Жұмысты уақыттық дене құрылысы ӛзгешелігіне сипаттама.

 Синхрондық МП

 Асинхрондық МП

 Операияның басы және соңғы жағдайын орындау басқару құрылғымен белгілейді.

Бір программалы МП-де тек бір ғана программа орындалады. Қазіргі орындайтын программа біткен кезінде ғана басқа программаны орындауға көшеді. Көппрограммалы немесе мультипрограммалы МИ-де бір кезде бірнеше программалар орындайды. Микропроцессор үш негізгі блоктан тұрады:

· арифметикалық-қисындық құрылғы (АҚҚ)

· ішкі регистрі блогы

· басқару құрылғы

МП-нің бұр қораптарының арасында деректер мен алмасып тұру үшін деректердің ішкі ӛрелік жолы пайдаланылады. Микропроцессор деп ЭВМ-нің процессоры, яғни берілне деректерді ӛңдеп, ЭВМ жұмысын басқаратын құрылғы қызметін атқаратын үлкен интегралды схеманы (СБИС) айтады.

Жалпы айтқанда, МП-р программаланатын қызмет атқаратын микроэлектронды әмбебап цифрлық блок, сондықтан да МП-дың қолданылуы тек қана ЭВМ-мен шектелмейді. Микропроцессорлың шешетін жұмыстары, оның қызмет етуі микроЭВМ-нің есте сақтау құрылғысында жазылған программа бойынша анықталады. МП-дың ең жақсы үлгілері бір үлкен интегралдық схема (БИС) түрінде жасалынады. Бұлары бір кристалды МП-лар деп айтады. МП-лар бірнеше БИС-тен де тұрады. Бір кристалды МП-дың құрылымынан мынадай функционалдық бӛлікткрді кӛруге болады.

Басқарушы импульстерді бергіш пен командалардың шифрын анықтағышы бар басқару құрылғысы арифметикалық-логикалық құрылғыдан тұратын ӛзіндік процессор, енгізіп-шығару құрылғысы (мультиплексор), күй регистрі (тіркеуіш), жалпы міндет атқаратын регистрлер, адрестік регистр және қорытынды нәтиже регисті. Басқару құрылғысы командалар кодтарын тұрақты есте сақтау құрылғысынан алады, онда микропроцессордың жұмыс істеуін қамтамасыз ететін программа жазылған. Бұл командалардың дешифратода шифры – кілті ашылып, онда МП-дың жұмысын басқаратын кодтар тізбегі жасалынады. Енгізіп-шығару мультиплексоры процессорға келіп түсетін информацияны коммутациялайды (қажетті тізбектерге қосып ажыратады). Регистрлер операциялармен берілетін нәтижелерді уақытша сақтауға арналған. Жоғарыда айтылғандай, МП-лар бірнеше жеке-жеке үлкен схемалардан құрастырылады. Осындай үлкен Un-дық схемалар жиынтығын микропроцессорлық комплект деп атайды. Қазіргі кезде бірнеше МП-лық комплекстер (К587, К589 және т.б) шығарылады. МП-лық комплекстердің құрамына 5-тең 10-ға дейін үлкен интегралды схемалар кіреді. Олар контроллерлер, автоматтардың басқару блоктарын, микро-ЭВМдер сияқты әр түрлі цифрлік құрылғылар құрастыруға мүмкіндік береді. Бүгінгі күнде тиімді қолданыс тауып отырған негізгі бағыттары келтірілген.

3. Стек көрсеткіші. МП шина жүйелері

Стек арифметикалық операциялардың орындалу тәртібін сыртқы есте сақтау құрылғыларына қатыссыз дұрыс ұйымдастырылатын регистрлер тобы, яғни арифметикалық амалдардың ішінде кӛбейту қосудан бұрын, жақша көбейтуден бұрын орындалуын т.с.с. қамтамсыз етеді.Стекті ұйымдастырудың әр түрлі тәсілдері бар. Көпшілік жағдайда «ең соңында кіріп бірінші болып шықты» /сирек жағдайда –“ бірінші кірді-ең соңында шықты”) әдісі пайдаланылады. Стекті ұйымдастырудың бұл тәсілі 1-суретте схема түрінде үстірт кӛрсетілген. Информация стекке адресті кӛрсетпей жіберіледі. Мысалы, әрқашан RG1 регистріне жіберіледі, әрі қарай әрбір келесі сӛзді жазу барысында бір регистрге “итеріліп тасталады”: RG2-ге, содан соң RG3-ке т.б. Соңғы бос емес ұяшықтың адресі –оның “ұшы” арнайы регистрде –стек кӛрсеткішінде болады.

Бұл айтылғандар түсінікті болуы үшін үстел үстінде бірінің үстіне бірі жиылған кітаптардың үйіндісін еске түсірейік (ағылшынша Stacr “үйінді” ұғымын білдіреді). Егер де сізге қажетті кітап үйіндінің ең астында жатса, онда ол кітапты алып үйінді үстіне қоямыз, яғни кітап үйіндісіне ең соңғы жатқан кітапты қосамыз.

Сурет 1 - Стектың жұмыс істеу Сурет 2 – Стек кӛмегімен элементның

адресациясы

Осы ең соңында үйінді үстіне қойылған кітап біздің алуымызға ыңғайлы бірінші болып шығады. Егер сізге үйінді ортасында орналасқан басқа кітап қажет болса, онда ол кітапты іздеу барысында үйіндінің үстіндегі жаңа ғана астынан алып қойған кітапты алуға тура келеді. Осы сияқты стекте операцияларды стектің ұшында, яғни жоғарғы регистрлерінде орналасқан операциялармен ған жүргізуге болады.

4. Сақтау құрылғылардың жіктеуі. Оперативтік есте сақтау құрылғысы

Микропроцессорлардың негізінде жиналатын жүйелердің кӛбі жадымен қамтамасыздандырылады. Кейбір жүйелер кӛлемі тек бағдарламаны жазу үшін және деректердің бірнеше БАЙТ-ын ғана сақтау үшін жететіндей жадыларға иеленеді. Басқа МП жүйелерінің жады кӛлемі соншалықты - олардың адрестік мүмкіндіктерін толығымен пайдалануға болады. МП жүйелерінің жадысын ұйымдастыру үшін тұрақты есте сақтаушы құрылғылары (ТЕСҚ-лары) қолданылады. Олардың төрт түрі бар. Бұл тарауда біз осы құрылғылардың ерекшеліктерімен танысамыз және жадыға тікелей жетудің (ЖТЖ) тәсілін қарастырамыз МП-нің билігінде белгілі бір бағдарламаны құрайтын бұйрықтарды оқу және бұл бағдарламаның ӛндіретін деректерін есте сақтау мүмкіндігі болу тиісті. Демек, ақпаратты оқып жаза алатын жады керек. Казіргі МП-лердің архитектурасы үшін негізгі жады деп аталатын, біріңғай адрестелінетін жады кеңістігінің бар болуы тән. Қалай болғанда да негізгі жадының кейбір бӛлігі оперативті (жедел) жады, яғни ақпаратына жету уақыты МП-нің амалдарды орташа орындау жылдамдығымен шамалас, болуы тиісті.

Кейбір жалпы міндет атқаратын МП жүйелерінде жады кеңістігінің барлығы дерлік оперативті болады. Бағдарламаның бұйрықтары оның ішіне, жады ішіне жазу амалдарының кӛмегімен жазылады. Ақырында бағдарламаны орындағанда МП оның ішінен бұйрықтарды оқып алады. Әрине, деректер де жады аймағына жазылады және олардың ішінен оқып алынады. МП жүйелерінің ЕСҚ-ларындағы көбі оперативті жады болып табылады.

5. Тұрақты есте сақтау құрылғысы. Сыртқы есте сақтау құрылғысы

МП жүйелерінің жадысын сипаттағанда жиі келесі сипаттамалармен пайдаланады: ЭНЕРГОТӘУЕЛДІ немесе ЭНЕРГОТӘУЕЛСІЗ жады деген. Энерготәуелсіз жадыда қоректендіру жүйесінің жұмысында бұзу болғанда деректер бүліншілікке ұшырамайды, ал энерготәуелдіде - ұшырайды. Сірә, бұйрықтар жоғында МП ешбір әрекеттерді орындай ала алмайтындықтан, оның қандай да бір энерготәуелсіз жадысы болу тиіс. Бірақ бұндай энерготәуелсіэ жадының кӛлемі үлкен болуы міндетті емес. Ол тек бір қысқа бағдарламаны есінде сақтай алса жеткілікті. Бұл бағдарламаны орындап, МП энерготәуелсіз кӛлемі үлкен сыртқы жады ішінен (мысалы, ақпаратты магнит таспасында не магнит табағында сақтайтын құрылғы) негізгі жады ішіне қалған бұйрықтарды кӛшіреді. Міне осындай энерготәуелсіз бағдарламалар әдетте әр түрлі ТЕСҚ-лар ішінде сақталады. Сірә, бағдарламаның бұйрықтарын да қандай да бір энерготәуелсіз жады ішінде есте сақтау керек. Ондай болмаса бағдарламаны әрбір жүргізудің алдында жаңадан жасауға тура келіп тұрар еді. Энерготәуелсіз жады ішіне бағдарламаны сақтаудың бір әдісі - ол, оны қағаз бетіне жазып қою.

Ақпаратты магниттік таспалар мен табақтарда сақтау құрылғылары энерготәуелсіздерге жатады. Магнит ӛзектерінен жасалған жады да энерготәуелсіз болып табылады. Жартылай ӛткізгіштерден жасалған жады, егер ол үшін сақтық (резервтегі) аккумуляторлық қоректендіру көзін алдын ала ескермесе, энерготәуелді болады.

6. Микропроцессорлық жүйелердің интерфейсінің анықтамасы және функциялары

Әрбір МП регистрі деректердің бір сөзін уақытша сақтау үшін пайдаланыла алады. Кейбір регистрлердің арнайы міндеттері болады, ал басқалары - кӛп мақсатты.

Бұндай мүшіндіктердің арқасында бағдарламалауда тіс қаққан адамдар жақсырақ нәтижелерге жетеді. МП-нің ішіндегі регистрлердің саны мен міндеті оның архитектурасына тәуелді. Бірақ МП-лердің барлығы делік алты негізгі регистрлерге иеленеді: күй, буферлік, бұйрықтар, жады адресінің, бұйрықтар санаушының және аккумулятордың регистрлері. Қалған регистрлер бағдарламалаушының жұмысын оңайлату мен жеңілдету үшін арналған. Әрбір негізгі регистрлермен танысқанда нақ осы регистр МП "арқылы" ӛтетін деректерге қандай әсер ететіне кӛңіл аудару керек. Мүмкін, кейбір негізгі регистрлердің кейде бағдарламалау жабдықтары ретінде қолданбауы, сізді таң қалдырады. Бұл олардың физикалық жоқ болуымен емес, бағдарламалаушыға бұл регистрлердің ішіндегі барын ӛзгертетін жабдықтардың берілмеуімен түсіндіріледі. Тағыда ерекше кӛңіл аударайық, МП-нің әрбір негізгі регистрі ӛзінің белгілі бір міндетіне иеленеді, сондықтан да МП-ның құрамында болады. Тек әрбір регистрдің МП ішіндегі деректер ағынына әсерін түсіну МП-нің жұмыс істеуі туралы дұрыс елестетуді береді.

Регистрлер кез келген МП-нің маңызды бөлігі болып табылады. Өздерінің санына тәуелсіз, олар МП-нің негізгі қисындық бернелерін іске асыруға қатысады. Бұл бӛлімде алты негізгі регистрлерді қарастырумен шектелейік. Басқа регистрлер соңынан қарастырылады.