Микропроцессор

Микропроцессор - самостоятельное или входящее в состав ЭВМ устройство, осуществляющее обработку информации и управляющее этим процессом, выполненное в виде одной или нескольких БИС. В общем случае в состав микропроцессора входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), блок управления и синхронизации, ЗУ, регистры и др. блоки, необходимые для выполнения операций вычислительного процесса. Как БИС микропроцессор характеризуется степенью интеграции, потребляемой мощностью, помехоустойчивостью, нагрузочной способностью активных выводов (определяющей возможность подключения к данному микропроцессору и др. БИС) технологией изготовления, типом корпуса, техническим ресурсом, устойчивостью к механическим, климатическим и радиационным воздействиям. Как вычислительное устройство микропроцессор характеризуется производительностью, разрядностью обрабатываем данных и выполняемых команд, возможностью увеличения разрядности, числом команд (микрокоманд), количеством внутренних регистров, возможностью обеспечения режима прерывания (уровней приоритета) способностью к обработке десятичных кодов, объемом адресной памяти, наличием канала прямого доступа к памяти, типом и числом входных и выходных шин и их разрядностью, наличием и видом программного обеспечения, способом управления.

Микропроцессоры, используемые в средствах вычислительной техники различного назначения (для решения широкого круга разнотипных задач), называются универсальными. Микропроцессоры, предназначенные для построения какого-либо одного типа вычислительных устройств, называются специализированными; типичный пример – микропроцессор в калькуляторе. По способу управления различают микропроцессоры со схемным и микропрограммным управлением. Микропроцессоры со схемным управлением имеют более высокое быстродействие, однако, их работа однозначно определяется постоянным набором команд (хранящихся в их памяти) и соответствующей электрической схемой, которая зачастую бывает довольно сложной из-за необходимости иметь в микропроцессоре как можно больше команд. Функционирование микропроцессора с микропрограммным управлением определяется последовательностью микрокоманд, состав и очередность выполнения которых устанавливается оператором. Такие микропроцессоры имеют сравнительно невысокое быстродействие, но они более универсальны, легче перестраиваются с одной программы на другую.

По структуре микропроцессоры подразделяются на секционированные (как правило, с микропрограммным управлением) и однокристальные (с фиксированной разрядностью и постоянным набором команд). Секционированные микропроцессоры допускают расширение разрядности и емкости ЗУ (за счет подключения дополнительных секций) и обладают способностью к расширению своих функциональных возможностей. Это обусловлено тем, что секционированные микропроцессоры набираются из БИС, каждая из которых способна объединяться с другими БИС, образуя при этом различные функциональные устройства. К секционированным микропроцессорам обычно подключается БИС постоянного ЗУ с хранящимися в нем микрокомандами. Процессорная секция микропроцессора этого типа состоит из секции АЛУ, блока регистров, входных мультиплексоров, выходного регистра адреса и регистра-аккумулятора, дешифратора микрокоманд, входных ВхШ и выходных ВыхШ шин. Управление работой микропроцессорной секции осуществляется сигналами, выдаваемыми дешифратором микрокоманд. Каждая новая микрокоманда поступает после исполнения предыдущей. Исходные данные передаются из оперативного ЗУ или из устройств ввода – вывода информации через мультиплексоры в секцию АЛУ. Результат выполнения операций через регистр-аккумулятор направляется по адресу, сформированному в выходном регистре адреса, а также на блок регистров для временного хранения и на мультиплексоры для использования на следующих этапах вычислений. Связь между секциями осуществляется через линии международных связей.

Однокристальный микропроцессор с фиксированной микро разрядностью и с постоянным набором команд конструктивно исполняется в виде одной БИС. Такой микропроцессор выполняет функции процессора ЭВМ, все операции которого определяются хранящимися в его памяти командами. В состав однокристального микропроцессора входят: АЛУ, выходной регистр адреса, регистр-аккумулятор, блок регистров, регистр признаков, схема управления, входная и выходная шины и канал управления. Особенность однокристального микропроцессора – наличие внутренней шины, по которой происходит обмен информацией между устройствами микропроцессора.

По функциональным возможностям микропроцессор соответствует процессору ЭВМ, выполненному на 20-40 ИС малой и средней степени интеграции, но обладает большим быстродействием, существенно меньшими размерами, массой, потребляемой мощностью и стоимостью.

Микропроцессоры получили широкое применение в системах управления технологическим и контрольно-испытательным оборудованием, транспортными средствами, космическими аппаратами, бытовыми приборами и т.д. Малые размеры, масса и энергоемкость микропроцессора позволяют встраивать его непосредственно в объект управления. На базе микропроцессора создаются различные типы микро-ЭВМ, контроллеров, программаторов и другие устройства автоматики и вычислительной техники.