Një arkitekturë e brendshme e thjeshtuar e një mikroprocesori tipik 8-bit është paraqitur në figurën 3. Struktura e mikroprocesorit mund të ndahet në tre pjesë kryesore:

1) Regjistrat për ruajtjen e përkohshme të komandave, të dhënave dhe adresave;

2) Njësia logjike aritmetike (ALU) që zbaton veprime aritmetike dhe logjike;

3) Qarku i kontrollit dhe sinkronizimit- siguron një përzgjedhje komandash, organizon funksionimin e ALU-së, siguron akses në të gjithë regjistrat e mikroprocesorit, percepton dhe gjeneron sinjale kontrolli të jashtëm.

Figura 3 - Arkitektura e brendshme e thjeshtuar e një mikroprocesori 8-bit

Siç mund ta shihni nga diagrami, procesori bazohet në regjistra, të cilët ndahen në regjistra të veçantë (që kanë një qëllim specifik) dhe regjistra për qëllime të përgjithshme.

Numëruesi i programit (PC)- regjistri që përmban adresën e bajtit të komandës tjetër. Procesori duhet të dijë se cila komandë do të ekzekutohet më pas.

Bateria- regjistri i përdorur në shumicën dërrmuese të komandave për përpunim logjik dhe aritmetik; është njëkohësisht burimi i njërit prej bajteve të të dhënave që kërkohen për operacionin ALU dhe vendi ku vendoset rezultati i operacionit ALU.

Regjistri i veçorive (ose regjistrimi i flamujve) përmban informacione për gjendjen e brendshme të mikroprocesorit, në veçanti për rezultatin e operacionit të fundit ALU. Regjistri i flamujve nuk është një regjistër në kuptimin e zakonshëm, por është thjesht një grup mbyllësash me rrokullisje (flamuri lart ose poshtë. Zakonisht ka flamuj zero, tejmbushje, negativë dhe transportues).

Stack Pointer (SP)- monitoron pozicionin e pirgut, domethënë përmban adresën e qelizës së fundit të përdorur. Rafte- një mënyrë e organizimit të ruajtjes së të dhënave.

Regjistri komandues përmban bajtin aktual të komandës, i cili deshifrohet nga dekoderi komandues.

Linjat e autobusëve të jashtëm janë të izoluara nga linjat e brendshme të autobusëve me buferë, dhe elementët kryesorë të brendshëm janë të lidhur me një autobus të brendshëm të të dhënave me shpejtësi të lartë.

Për të përmirësuar performancën e një sistemi shumëprocesorësh, funksionet e njësisë qendrore të përpunimit mund të shpërndahen midis disa procesorëve. Për të ndihmuar procesorin qendror, shpesh futet kompjuteri bashkëprocesorët, i fokusuar në ekzekutimin efektiv të çdo funksioni specifik. I përhapur matematikore dhe grafike, bashkëprocesorë hyrje dalje, shkarkimi i procesorit qendror nga operacionet e thjeshta, por të shumta të ndërveprimit me pajisjet e jashtme.

Në fazën aktuale, drejtimi kryesor i rritjes së produktivitetit është zhvillimi procesorë me shumë bërthama, d.m.th. duke kombinuar dy ose më shumë procesorë në një rast për të kryer disa operacione paralelisht (njëkohësisht).

Intel dhe AMD janë kompanitë kryesore të projektimit dhe prodhimit të procesorëve.

18. Perspektivat për zhvillimin e sistemeve mikroprocesorike.

Një mikroprocesor është një pajisje qendrore (ose një grup pajisjesh) të një kompjuteri (ose një sistemi llogaritës) që kryen operacione aritmetike dhe logjike të specifikuara nga programi i transformimit të informacionit, kontrollon procesin e llogaritjes dhe koordinon funksionimin e pajisjeve të sistemit (ruajtje, renditje , hyrje-dalje, përgatitja e të dhënave, etj.).

Niveli modern i zhvillimit të teknologjisë së mikroprocesorëve ka arritur një nivel të tillë që brenda 5 viteve ka një ndryshim prej dy ose tre gjeneratash të mikroprocesorëve. Sipas parashikimeve të analistëve, deri në vitin 2012 numri i transistorëve në një mikroprocesor do të arrijë në 1 miliard, frekuenca e orës do të rritet në 10 GHz dhe performanca do të arrijë në 100 miliardë op / s.

Prandaj, kur zgjidhni një platformë harduerike dhe softuerike, është e nevojshme të merren parasysh tendencat e zhvillimit që lejojnë minimizimin e kostove të përmirësimit dhe mirëmbajtjes së softuerit aktual.

Arkitektura e mikroprocesorëve modernë nga prodhues të ndryshëm ka shumë të përbashkëta. Në gjeneratat e mëparshme të mikroprocesorëve, me një sasi të kufizuar burimesh harduerike, çdo projektues i mikroprocesorit zgjodhi një sërë metodash arkitekturore dhe strukturore për të përmirësuar performancën, për shkak të zhvillimit mbizotërues të të cilave ky mikroprocesor supozohej të tejkalonte të tjerët. Në kushtet moderne, një numër i madh transistorësh në një çip bën të mundur aplikimin në një mikroprocesor të të gjitha metodave të njohura të rritjes së performancës, në përputhje vetëm me përputhshmërinë e tyre.

Shqyrtimi i familjeve specifike të mikroprocesorëve nga prodhues të ndryshëm konfirmon tendencat e përgjithshme në zhvillimin e tyre: një rritje në frekuencën e orës, një rritje në vëllimin dhe gjerësinë e brezit të nënsistemit të kujtesës, një rritje në numrin e pajisjeve ekzekutive që funksionojnë paralelisht.

Arkitektura e mikroprocesorit

Koncepti i mikroprocesorit

Shfaqja e teknologjisë së qarkut të integruar- një fazë e re në zhvillimin e teknologjisë kompjuterike. Si rezultat i zhvillimit të procesorëve të bazuar në mikroqarqe, madhësia dhe forma e kompjuterëve dixhitalë janë ulur ndjeshëm.

Një mikroprocesor (MP) është një pajisje e kontrolluar nga softueri që është projektuar për të përpunuar informacionin dixhital dhe për të kontrolluar procesin e këtij përpunimi dhe është bërë në formën e një ose më shumë qarqeve të integruara të mëdha (LSI).

Koncepti i një qarku të integruar në shkallë të gjerë aktualisht nuk është përcaktuar qartë. Më parë, besohej se kjo klasë duhet të përfshijë mikroqarqe që përmbajnë më shumë se 1000 elementë në një çip. Në të vërtetë, mikroprocesorët e parë përshtaten në këto parametra. Për shembull, seksioni i procesorit 4-bit i kompletit të mikroprocesorit K584, i prodhuar në fund të viteve 1970, përmbante rreth 1500 elementë. Tani, kur mikroprocesorët përmbajnë dhjetëra miliona transistorë dhe numri i tyre po rritet vazhdimisht, me LSI nënkuptojmë një qark të integruar funksionalisht kompleks.

Shkalla e integrimit të qarqeve (në GOST):

Qarku i integruar me integrim të ulët<10 транзисторов;

Skema e Integrimit të Mesëm< 100 транзисторов;

Qarku i madh i integruar (LSI)> 100 transistorë (~ 1000 transistorë)

Një sistem mikroprocesor (MPS) është një produkt funksionalisht i plotë i përbërë nga një ose më shumë pajisje, baza e të cilave është një mikroprocesor.

Një mikroprocesor karakterizohet nga një numër i madh parametrash dhe vetive, pasi ai është, nga njëra anë, një pajisje kompjuterike komplekse funksionale, dhe nga ana tjetër, një pajisje elektronike, një produkt i industrisë elektronike.

Llojet e arkitekturave të mikroprocesorëve

Si një teknologji kompjuterike, një mikroprocesor karakterizohet kryesisht nga ai arkitekturë, domethënë një grup karakteristikash softuerësh dhe harduerësh që i ofrohen përdoruesit. Këtu përfshihet sistemi i udhëzimeve, llojet dhe formatet e të dhënave të përpunuara, mënyrat e adresimit, numri dhe shpërndarja e regjistrave, parimet e ndërveprimit me RAM-in dhe pajisjet e jashtme (karakteristikat e sistemit të ndërprerjes, aksesi i drejtpërdrejtë i memories, etj.).

Sipas arkitekturës së tyre, mikroprocesorët ndahen në disa lloje (Fig. 3).

Oriz. 3. Klasifikimi i mikroprocesorit

Mikroprocesorë universalë

Mikroprocesorë universalë janë krijuar për të zgjidhur problemet e përpunimit dixhital të llojeve të ndryshme të informacionit nga llogaritjet inxhinierike deri te puna me bazat e të dhënave, pa u kufizuar nga kufizime strikte në kohën e detyrës. Kjo klasë e mikroprocesorëve është më e njohura. Ai përfshin mikroprocesorë të tillë të njohur si MP i serisë Pentium nga Intel dhe Athlon MP nga AMD.

Karakteristikat e mikroprocesorëve universal:

Thellësia e bitit: përcaktohet nga thellësia maksimale e bitit të të dhënave të përpunuara në 1 cikël, që është, në fakt, thellësia e bitit të pajisjes logjike aritmetike (ALU);

Llojet dhe formatet e të dhënave të përpunuara;

Sistemi i komandës, mënyrat e adresimit të operandit;

Kapaciteti RAM i adresueshëm direkt: përcaktohet nga gjerësia e autobusit të adresave;

Frekuenca e sinkronizimit të jashtëm. Për frekuencën e sinkronizimit, zakonisht tregohet vlera maksimale e mundshme, në të cilën garantohet funksionimi i qarkut. Për qarqet funksionalisht komplekse, të cilat përfshijnë mikroprocesorë, ndonjëherë tregohet edhe frekuenca minimale e mundshme e sinkronizimit. Ulja e frekuencës nën këtë kufi mund të rezultojë në dështim të qarkut. Në të njëjtën kohë, në ato aplikacione MP ku nuk kërkohet performancë e lartë, ulja e frekuencës së sinkronizimit është një nga drejtimet e kursimit të energjisë. Në një numër mikroprocesorësh modernë, kur frekuenca zvogëlohet, ajo kalon në një "modalitet gjumi", në të cilin ruan gjendjen e tij. Frekuenca e orës brenda së njëjtës arkitekturë ju lejon të krahasoni performancën e mikroprocesorëve. Por vendime të ndryshme arkitekturore ndikojnë shumë më tepër në performancën sesa frekuencën;

Performanca: përcaktohet duke përdorur teste speciale, ndërsa grupi i testeve zgjidhet në atë mënyrë që, për aq sa është e mundur, të mbulojnë karakteristika të ndryshme të mikroarkitekturës së procesorit që ndikojnë në performancën.

Mikroprocesorët me qëllim të përgjithshëm zakonisht ndahen në mikroprocesorë CISC dhe RISC. Mikroprocesorët CISC (komplet instruksioni kompjuterik i kompletuar) përfshijnë të gjithë grupin klasik të instruksioneve me mënyra të zhvilluara gjerësisht të adresimit të operandëve. Kjo klasë përfshin, për shembull, mikroprocesorët Pentium. Në të njëjtën kohë, mikroprocesorët RISC (kompjuterimi i grupit të instruksioneve të reduktuara) përdorin, siç vijon nga përkufizimi, një numër të reduktuar komandash dhe mënyrash adresimi. Këtu, para së gjithash, duhet të theksohen mikroprocesorë të tillë si Alpha 21x64, Power PC. Numri i instruksioneve në grupin e instruksioneve është më i dukshëm, por sot nuk është ndryshimi më i rëndësishëm në këto drejtime të zhvillimit të mikroprocesorëve universal. Ne do të shikojmë ndryshime të tjera ndërsa eksplorojmë tiparet e arkitekturës së tyre.

Karakteristikat e arkitekturës së MP moderne

Një nga karakteristikat kryesore të MT është lloji i arkitekturës së tij.

Arkitektura e mikroprocesorit përfshin sistemin e komandës dhe metodat e adresimit, aftësinë për të kombinuar ekzekutimin e komandave në kohë, praninë e pajisjeve shtesë si pjesë e mikroprocesorit, parimet dhe mënyrat e funksionimit të tij, etj.

Kur përpiqeni të klasifikoni arkitekturën e mikroprocesorëve modernë, në mënyrë të pashmangshme lind një problem që lidhet me zhvillimin e shpejtë dhe të shpejtë të teknologjive për prodhimin e tyre. Në çdo fazë të zhvillimit të mikroprocesorëve, për shkak të aftësive të ndryshme të bazës së elementeve dhe preferencave të firmave prodhuese, dominon një grup i caktuar i ndërlidhur idesh arkitektonike. Në të ardhmen, këto ide mund të kombinohen me të tjera dhe të përfaqësojnë një arkitekturë të ndryshme. Për këto arsye, klasifikimi i propozuar më poshtë nuk do të pasqyrojë plotësisht nivelin aktual të zhvillimit të arkitekturave MP.

Nën arkitekturë deputetështë zakon të kuptohet tërësia e ideve në lidhje me përbërjen e përbërësve të tij, organizimin e shkëmbimit të informacionit brenda MT dhe me mjedisin e jashtëm, të zbatuar nga një sistem komandash.

Theksoni konceptet:

Mikroarkitekturë;

Makroarkitekturë

Mikroarkitektura e një mikroprocesori- ky është organizimi i harduerit dhe struktura logjike e mikroprocesorit, regjistrat, qarqet e kontrollit, pajisjet logjike aritmetike, pajisjet e kujtesës dhe autostradat e informacionit që i lidhin ato.

Makroarkitekturëështë një sistem komandash, llojet e të dhënave të përpunuara, mënyrat e adresimit dhe parimet e funksionimit të një mikroprocesori.

Në përgjithësi, arkitektura e mikroprocesorit mund të klasifikohet sipas kritereve të mëposhtme.

1. Nga numri i rrjedhave të të dhënave të përpunuara

Sipas numrit të rrjedhave të të dhënave të përpunuara, të gjithë mikroprocesorët ekzistues mund të ndahen me kusht në tre klasa.

Dy të parët janë mikroprocesorë me Arkitektura vektoriale e tubacionit dhe procesorë shoqërues me arkitekturë SIMD(Single Instruction-Multiple Data). Në këto deputetë, të gjithë elementët përpunues të përpunimit ekzekutojnë komandat e një filli, të lëshuar nga një njësi e përbashkët e kontrollit. Në përgjithësi, të gjitha arkitekturat e konsideruara më poshtë i referohen në mënyrë specifike arkitekturës SIMD.

Klasa e tretë e deputetëve, e dalluar sipas këtij kriteri klasifikimi, mund t'i atribuohet sisteme multiprocesorike me arkitekturë MIMD(Multiple Instruction-Multiple Data). Kjo arkitekturë përpunon shumë rrjedha të dhënash në të njëjtën kohë nga shumë rryma instruksionesh.

2. Nga detyrat që zgjidhen:

Sipas detyrave që do të zgjidhen, ekzistojnë regjistroheni arkitektura e mikroprocesorit, rafte arkitektura e mikroprocesorit , arkitektura e mikroprocesorit, i orientuar nga kujtesa.

Arkitektura e regjistrit të mikroprocesorit(arkitektura e tipit "regjistër regjistër") - përcakton praninë e një skedari regjistri mjaft të madh brenda mikroprocesorit LSI. Ky skedar formon një fushë memorie me shkrim të rastësishëm dhe kampionim informacioni. Mikroprocesorët me arkitekturë regjistrash janë shumë efikas në zgjidhjen e problemeve shkencore dhe teknike. Kjo është për shkak të shpejtësisë së lartë të funksionimit të RAM-it superoperativ (SRAM), i cili bën të mundur përdorimin efektiv të aftësive me shpejtësi të lartë të njësisë aritmetike-logjike. Sidoqoftë, në kalimin në zgjidhjen e problemeve të kontrollit, efikasiteti i mikroprocesorëve të tillë zvogëlohet, pasi gjatë ndërrimit të programeve, është e nevojshme të shkarkohen dhe ngarkohen regjistrat RAM.

Arkitektura e grumbullit të mikroprocesorëve - bën të mundur krijimin e një fushe memorie me një sekuencë të renditur të regjistrimit dhe marrjes së informacionit. Kjo arkitekturë është efektive për organizimin e punës me nënprograme, e cila është e nevojshme për zgjidhjen e problemeve komplekse të kontrollit, ose kur punoni me gjuhë të nivelit të lartë. Ruajtja e adresave të kthimit lejon trajtimin efikas të sekuencave të rutinave të mbivendosura në pirg. Megjithatë, grumbulli në çip i një mikroprocesori me një kapacitet të vogël informacioni tejmbushet shpejt dhe një pirg me kapacitet të madh kërkon burime të konsiderueshme. Zbatimi i një stack në RAM i zgjidh këto probleme.

Arkitektura e mikroprocesorit me qendër në kujtesë(arkitektura e tipit "memorie-to-memory") - siguron një shpejtësi të lartë funksionimi dhe një kapacitet të madh informacioni të regjistrave të punës dhe një pirg kur ato janë të organizuara në RAM. Kjo arkitekturë i referohet tipit "memory-to-memory", pasi në një MP me një arkitekturë të tillë, të gjithë numrat e përpunuar pas një operacioni në mikroprocesor kthehen në memorie dhe nuk ruhen në regjistrat e punës.

Është arkitektura më e fundit që është më e përhapur. Kjo është veçanërisht e vërtetë për sistemet që funksionojnë në kohë reale dhe për sistemet e përpunimit të të dhënave të orientuara për t'u përdorur në sistemet e kontrollit.

3. Sipas llojit të komandave të përpunuara.

Nga lloji i komandave të përpunuara, dallohen dy klasa - RISC(Reduce Instruction Set Computer) Arkitektura MT me grup komandash të shkurtuar dhe CISC(Kompjuter i kompletuar me instruksione) Arkitektura MT grup i zgjeruar komandash... Kjo veçori përfshin gjithashtu arkitekturën. EPIK(Explicitly Parallel Instruction Computing) - arkitekturë me llogaritje me paralelizëm të qartë të instruksionit.

Kriteri për optimizimin e grupit të instruksioneve të procesorëve të parë ishte minimizimi i gjatësisë së programit për zgjidhjen e detyrave të kërkuara. Në të njëjtën kohë, u prezantuan udhëzimet që përdornin si operandë si regjistrat ashtu edhe qelizat e memories dhe skemat komplekse për gjenerimin e adresave duke përdorur regjistrat e indeksit. Seti i udhëzimeve ishte i kufizuar në formatet "regjistër-regjistër, regjistër", "memory-regjistër" dhe "regjistrim-memorie". Në lidhje me sa më sipër dhe faktin që përpiluesit nuk janë në gjendje të përdorin në mënyrë efektive udhëzimet komplekse, u formua koncepti i përpunuesve me një grup të reduktuar instruksionesh - procesorët RISC. Shfaqja e procesorëve RISC u lehtësua gjithashtu nga veçoritë e arkitekturës së procesorëve të tubacionit: prania e grupeve të veçanta të udhëzimeve për të punuar me memorie dhe grupeve të veçanta të udhëzimeve për konvertimin e informacionit në regjistrat e procesorit. Çdo komandë e tillë është e ndarë në mënyrë uniforme në një numër të vogël fazash me të njëjtën kohë ekzekutimi (marrja e komandave, dekodimi i komandës, ekzekutimi, regjistrimi i rezultatit). Kjo, nga ana tjetër, bën të mundur ndërtimin e një tubacioni procesor efikas, i aftë për të prodhuar rezultatin e ekzekutimit të instruksionit të ardhshëm çdo cikël orësh.

Karakteristikat kryesore të konceptit RISC janë:

- gjatësia e njëjtë e komandave;

- i njëjti format komandimi;

- vetëm regjistrat mund të jenë operanë komandash;

- komandat kryejnë vetëm veprime të thjeshta;

- prania e një numri të madh regjistrash për qëllime të përgjithshme (RON) (RON mund të përdoret nga çdo komandë);

- prania e transportuesve;

- ekzekutimi i komandës jo më gjatë se në një cikël orar;

- adresim i thjeshtë.

Procesorët RISC përfshijnë MIPS, SPARC, PowerPC, DEC Alpha, HP PA-RISC, Intel 960, AMD 29000, etj.

Natyrisht, procesorët RISC janë efektiv ku metodat strukturore mund të përdoren në mënyrë produktive për të reduktuar kohën e aksesit në RAM. Nëse një program gjeneron sekuenca arbitrare të adresave të aksesit të memories dhe secila njësi e të dhënave përdoret vetëm për ekzekutimin e një instruksioni, atëherë në fakt performanca e procesorit përcaktohet nga koha që duhet për të hyrë në memorien kryesore. Në këtë rast, përdorimi i një grupi udhëzues të reduktuar vetëm përkeqëson efikasitetin, dhe procesorët CISC janë më optimale nga pikëpamja e performancës.

Ndryshe nga procesorët RISC, në procesorët CISC, si rregull, udhëzimet kanë shumë formate të ndryshme dhe kërkojnë një numër të ndryshëm të qelizave të memories për përfaqësimin e tyre. Kjo përcakton llojin e instruksionit gjatë dekodimit të tij gjatë ekzekutimit dhe, në përgjithësi, ndërlikon njësinë e kontrollit të procesorit dhe parandalon rritjen e frekuencës së orës në një nivel të arritshëm në procesorët RISC bazuar në të njëjtën bazë elementesh. Kompleti i udhëzimeve CISC shpesh përmban, për shembull, udhëzime për organizimin e sytheve, udhëzime për thirrjen e një nënprogrami dhe kthimin nga një nënprogram, adresim kompleks, i cili lejon një komandë të zbatojë aksesin në strukturat komplekse të të dhënave. Disavantazhi kryesor i CISC është kompleksiteti i lartë i zbatimit të procesorit me performancë të ulët. Shembuj të procesorëve CISC janë familja Motorola 680x0 dhe procesorët Intel nga 8086 në Pentium 4.

Pavarësisht këtyre mangësive, aktualisht përpunuesit CISC dominojnë tregun e MP. Kjo për faktin se zhvillimi i mikroprocesorëve ndodh me një përpjekje të vazhdueshme për të ruajtur vazhdimësinë e softuerit (softuerit).

Megjithatë, ruajtja e vazhdimësisë së softuerit dhe kërkesa ekzistuese për të përmirësuar performancën e MT-ve kundërshtojnë njëra-tjetrën. Për të zgjidhur këtë kontradiktë, prodhuesit kryesorë të deputetëve kanë zbatuar një përpjekje të suksesshme për të zgjidhur problemin e rritjes së produktivitetit brenda kornizës së arkitekturës CISC. Duke ruajtur vazhdimësinë në sistemin e komandës me mikroprocesorët CISC, zhvilluesit kanë krijuar pajisje të reja duke përdorur elementë të arkitekturës RISC. Një përkthyes harduerësh është ndërtuar në mikroprocesor, i cili konverton komandat e mikroprocesorit CISC në komandat e procesorit të brendshëm RISC. Në këtë rast, një komandë nga një grup kompleks mund të gjenerojë deri në katër instruksione të procesorit RISC. Një shembull tipik i deputetëve të tillë "të përzier" janë deputetët e fundit nga AMD dhe Intel.

Aktualisht, sipas deklaratave të zhvilluesve - Intel dhe Hewlett-Packard, arkitektura me të njëjtën rëndësi si CISC dhe RISC është arkitektura EPIC.

Karakteristikat e arkitekturës EPIC janë:

- një numër i madh regjistrash; shkallëzueshmëria e arkitekturës në një numër të madh pajisjesh funksionale;

- paralelizëm eksplicit në kodin e makinës; kërkimi i varësive midis komandave nuk kryhet nga procesori, por nga përpiluesi;

- Kallëzues - komandat nga degë të ndryshme të degës së kushtëzuar furnizohen me fusha kallëzuese (fusha kushti) dhe ekzekutohen paralelisht;

Procesorët e arkitekturës EPIC përfshijnë Merced, i cili u zhvillua nga Intel dhe McKinley, i cili u zhvillua nga HP.

4. Sipas llojit të komandave të ekzekutueshme.

Sipas llojit të komandave të ekzekutuara, ato dallohen skalar procesorë dhe vektoriale përpunuesit.

Klasifikimi mbi këtë bazë bazohet në llojin e komandave që ekzekutohen. Nëse operandët hyrës të udhëzimit MP dhe rezultati i tij janë operandë me numër të plotë ose operandë me pikë lundruese (skalar), atëherë një MP i tillë i përket klasës deputet skalar... Në të njëjtën kohë, në MP sigurohet më shumë se një transportues, i cili bën të mundur ekzekutimin e njëkohshëm të më shumë se një instruksioni (komandë) të ndryshëm. Zbatuar së pari në Pentium MP (2 tubacione me 5 faza secila), Pentium Pro MP tashmë ka 3 tubacione.

Nëse operandët e hyrjes së komandës së përpunuar MT dhe, ndoshta, rezultati janë një vektor (varg) numrash, atëherë MT i tillë është vektor (ose tubacion vektor)... Shfaqja e komandave vektoriale dhe, në përputhje me rrethanat, përpunuesit vektorial, është për shkak të dëshirës për të përshpejtuar përpunimin e grupeve të të dhënave duke eliminuar kohën e shpenzuar për marrjen e mostrave dhe dekodimin e komandave të përpunimit që janë të njëjta për të gjithë përbërësit e vargjeve hyrëse.

5. Kur është e mundur përpunimi paralel i të dhënave.

Sa herë që është e mundur caktohet përpunimi paralel i të dhënave superscalar, komandat me fjalë të gjata (VLIW), multithread mikroprocesorët.

Mikroprocesorët modern përmbajnë dhjetë ose më shumë njësi përpunimi, secila prej të cilave është një tubacion. Në rastin e ngarkimit efikas të pajisjeve të funksionimit paralel, është e mundur të merren në një cikël disa rezultate të operacioneve të përfaqësuara nga skalarët.

Ngarkimi efikas i tubacioneve funksionuese paralele sigurohet ose nga pajisja e procesorit, ose nga përpiluesi, ose së bashku nga hardueri dhe përpiluesi. Përpiluesit përdorin një teknikë të sofistikuar për nxjerrjen e paralelizmit nga programet sekuenciale. Hardueri i mikroprocesorit është i fokusuar në identifikimin e formave më të thjeshta të paralelizmit, duke përfshirë edhe ato natyrore.

Kur shfaqet paralelizmi i brendshëm i përpunimit të të dhënave me mikroprocesor në nivel arkitektonik, në grupin e udhëzimeve dallohen dy qasje ekstreme.

Qasja e parë është se sistemi i instruksionit nuk përmban asnjë tregues të përpunimit paralel brenda procesorit. Procesorë të tillë i përkasin klasës superskalare... Ky emër, nga njëra anë, i dallon këta procesorë nga përpunuesit vektorial, dhe nga ana tjetër, thekson paralelizmin e natyrshëm të këtyre procesorëve, i cili siguron që të merren disa rezultate skalare në një cikël orë.

Në ndryshim nga MT skalar, kjo arkitekturë parashikon të paktën një tubacion shtesë, i cili përfshin në njërën nga fazat disa njësi ekzekutimi paralele që kryejnë ekzekutimin "spekulativ" të instruksionit.

Në procesorët superskalar, në kuadër të modelit të programit sekuencial, realizohet ekzekutimi paralel i instruksioneve të këtyre programeve. Pas marrjes së rrjedhës sekuenciale të komandave, vetëm varësitë e të dhënave që janë vërtet të nevojshme instalohen ndërmjet komandave. Në të njëjtën kohë, për të ruajtur rendin kur ndodh një ndërprerje, ruhen informacione të mjaftueshme për renditjen e komandave në programin origjinal.

Një procesor tipik superskalar merr udhëzime dhe i shqyrton ato ndërsa ekzekutohen. Ky veprim kryhet për të identifikuar dhe përpunuar komandat e kërcimit, për të identifikuar llojin e komandës për drejtimin e mëtejshëm të saj në njësinë ekzekutive përkatëse ose në buferin e memories. Efikasiteti i përdorimit të arkitekturave superskalare është, si rregull, i kufizuar nga prania e degëve të kushtëzuara në programe. Kjo çon në një rritje të mprehtë të kërkesave për burime dhe kufizon numrin e komandave të ekzekutuara. Konsiderohet se kufiri i paralelizimit në përpunimin superskalar është lëshimi i 7-8 instruksioneve njëkohësisht për ekzekutim në çdo cikël.

Oriz. 12.1 Struktura e një mikroprocesori superskalar

Figura 12.1 tregon komponentët kryesorë të një mikroprocesori superskalar. Modulet funksionale të një MP të tillë janë modulet për kryerjen e operacioneve me pikë lundruese (FPU) dhe pikë fikse (ALU), një pajisje ngarkimi / ruajtja, skedarët e regjistrimit, një memorie e veçantë cache për komandat dhe të dhënat, si dhe modulet ndihmëse që sigurojnë planifikimin dinamik të një procesi llogaritës, lidhjet e një pajisjeje me memorien e memories së nivelit të dytë, një njësi rirenditjeje instruksionesh dhe një njësi deshifrimi paraprak.

Qasja e dytë për të shfaqur paralelizmin e brendshëm të përpunimit të të dhënave të natyrshme në një mikroprocesor në nivel arkitektonik në një sistem komandimi i hap plotësisht përdoruesit të gjitha mundësitë e përpunimit paralel. Në fushat e dedikuara të komandës, secilës prej pajisjeve të përpunimit paralel i caktohet një veprim që duhet të kryejë pajisja. Procesorë të tillë quhen procesorë fjalësh me kontroll të gjatë (VLIW).

Përparësitë e VLIW janë si më poshtë. Së pari, përpiluesi mund të hetojë në mënyrë më efikase varësitë midis instruksioneve dhe të zgjedhë udhëzime të ekzekutueshme njëkohësisht sesa mundet hardueri i një procesori superscalar, i kufizuar nga madhësia e dritares së ekzekutimit.

Së dyti, procesori VLIW ka një pajisje kontrolli më të thjeshtë dhe potencialisht mund të ketë një shpejtësi më të lartë të orës.

Megjithatë, procesorët VLIW kanë një faktor domethënës që pengon performancën e tyre. Këto janë komanda degëzimi të varura nga të dhënat, vlerat e të cilave bëhen të njohura vetëm gjatë një llogaritjeje.

Radha e komandave të procesorit VLIW nuk mund të jetë shumë e madhe sepse përpiluesi nuk ka informacion për varësitë e krijuara në mënyrë dinamike gjatë ekzekutimit. Kjo e metë pengon aftësinë për të rirenditur operacionet në procesorin VLIW. Përveç kësaj, një procesor i tillë kërkon një madhësi të madhe memorie emrash, skedarë regjistrash me shumë hyrje dhe një numër të madh lidhjesh të kryqëzuara. Është gjithashtu e mundur të ndalet kur ndodh një situatë gjatë ekzekutimit që ndryshon nga gjendja në kohën kur u krijua plani i ekzekutimit (për shembull, një cache dështoi gjatë ekzekutimit).

Mikroprocesorët superskalorë dhe mikroprocesorët me një fjalë të gjatë kontrolli kanë një numërues instruksionesh dhe, për rrjedhojë, mund të quhen me një filetim të vetëm. Kjo qasje kufizon performancën e strukturës llogaritëse.

Një rritje e mëtejshme në performancën e MT shoqërohet aktualisht me analizën statike dhe dinamike të kodit për të identifikuar paralelizmin në nivelin e segmenteve të programit. Në këtë rast, për ekzekutimin paralel të komandës së një ose disa programeve, në mikroprocesor futen disa numërues komandash dhe pajisje të tjera shtesë. Mikroprocesorë të tillë me disa numërues komandash quhen shumëfijesh.

Arkitektura me shumë fije zgjidh problemin e trajtimit të mosfunksionimit të pajisjeve funksionale të procesorit, që lind nga pamundësia e ekzekutimit të komandës tjetër. Kjo arrihet duke kaluar në një skedar tjetër regjistri. Si rezultat, procesori merr të dhëna të tjera për të vazhduar llogaritjen, duke kaluar në ekzekutimin e një thread (procesi) tjetër.

Një procesor me shumë fije mund të ekzekutojë procese që i përkasin një ose më shumë programeve. Nëse procesori ekzekuton një program, atëherë ata flasin për performancën e tij, nëse disa programe - për xhiron.

Si rezultat i përdorimit të përpunuesve të tillë, performanca e MP, duke qenë të tjera të barabarta, mund të rritet dhjetëfish.

6. Sipas llojit të memories së përdorur (nga numri i autobusëve të përdorur).

Nga lloji i memories së përdorur, ato dallohen Princeton arkitekturë, (arkitekturë von Neumann ose arkitekturë me autobus të vetëm), Harvardi arkitekturë (arkitekturë me autobus të dyfishtë), SHARKU arkitekture ( arkitekturë e super Harvardit, duke përdorur një çelës të dedikuar autobusi).

Një zbar i vetëm ose arkitekturë Princeton- arkitekturë me një autobus të përbashkët, të vetëm për të dhënat dhe komandat, dhe rrjedhimisht një memorie të përbashkët për të dhënat dhe komandat (Fig. 12.2).

Oriz. 12.2. Arkitekturë me një autobus të përbashkët të të dhënave dhe komandës.

Zbarra e dyfishtë ose arkitektura e Harvardit ndryshon në praninë e një memorie të veçantë të të dhënave dhe një memorie të veçantë udhëzimet me autobusët e tyre (Fig. 12.3).

Oriz. 12.3. Arkitekturë me autobusë të veçantë të të dhënave dhe komandës.

Arkitektura me autobusë të veçantë të të dhënave dhe komandës është mjaft e ndërlikuar; e detyron procesorin të punojë njëkohësisht me dy rryma kodesh, të shërbejë shkëmbimin në dy autobusë njëkohësisht. Programi mund të vendoset vetëm në memorien e udhëzimeve, të dhënat - vetëm në memorien e të dhënave. Një specializim i tillë i ngushtë kufizon gamën e detyrave të zgjidhura nga sistemi, pasi nuk lejon rialokimin fleksibël të memories. Në këtë rast, memoria e të dhënave dhe memoria e udhëzimeve nuk janë shumë të mëdha, kështu që përdorimi i sistemeve me këtë arkitekturë zakonisht kufizohet në detyra jo shumë komplekse.

Arkitektura e Super Harvardit (SHARC)(Figura 12.4) është një shembull i një kombinimi harmonik të parimeve të ndërtimit të sistemeve të shpërndara dhe të lidhura, duke kombinuar thjeshtësinë dhe efikasitetin e shkallëzimit të sistemeve të shpërndara me komoditetin e sistemeve programuese me memorie të përbashkët.

Mikroprocesori SHARC kombinon një bërthamë shumë efikase të procesorit me pikë lundruese, ndërfaqen e hostit, kontrolluesin DMA, porte serike, lidhje komunikimi dhe një autobus të përbashkët.

Një çelës autobusi lidh bërthamën e procesorit me një procesor të pavarur I/O, memorie me hyrje të dyfishtë dhe një port autobusi të sistemit shumëprocesor.

Oriz. 12.4. Arkitektura e Super Harvardit (SHARC).

7. Nga prodhuesi

Sipas prodhuesit, mund të dallohen klasat kryesore të mëposhtme të MP:

Mikroprocesorë me arkitekturë x86:

- MP Intel: i8086, i80286, i80386, i80486, linjë Pentium (P5), Pentium Pro (P6) dhe procesorë të bazuar në të Pentium II, Pentium III, Pentium 4 (dhe versioni i tyre i thjeshtuar Celeron), Pentium M dhe varietete të tjera të këtyre MP-ve, Modelet Merced (P7) dhe të përmirësuara IA-64;

- Deputeti nga NexGen: Nx586, Nx686 dhe modele të tjera të bashkë-lëshuara me AMD;

- Deputeti i AMD: K5, K6 (K6-II), K7 (linja Athlon (Duron)), Familja Hammer;

- Deputeti Cyrix: 5x86, 6x86, 6x86MХ, dhe modelet WinChip, WinChip2, VIA Cyrix III pas bashkimit me VIA; ;

- Deputeti i Transmetës: familja Crusoe - TM3120, TM 5400, TM 8000, etj.

Mikroprocesorët me arkitekturë të PC Power:

- Deputet i Motorola dhe IBM: Power PC 603, 604, 620, 750/740 (G3), G4, G5, Power PC 970, Power 3, Power 4;

Mikroprocesorët alfa:

- Kompania MP DEC: Linja Alfa (21064, 21164, 21264, 21364 ( kompania HP)).

Mikroprocesorët me arkitekturë SPARC:

- Kompania MP Sun Microsystems: Linja SPARC (Micro SPARC, Super SPARC, Hiper SPARC dhe 64-bit Ultra SPARC MP).

Mikroprocesorët me arkitekturë MAJC:

- Deputeti i Diellit: Linja MAJC (MAJC5200, MAJC5200 +)

Mikroprocesorët me arkitekturë PA:

- Kompania MP HP: PA-8000, PA-8500, PA-8700, PA-8800 (Mako), PA-8900.

Mikroprocesorët MIPS

- Kompania MP Grafika silikoni: Linja MIPS R-x (R10000, R12000, R14000, R16000, R18000, R20000).

Kështu, ka shumë lloje të arkitekturave në ditët e sotme. Historikisht, arkitekturat e procesorit u ngritën bazuar në grupin e synuar të detyrave që do të ekzekutoheshin në këta procesorë dhe vazhdimësinë e programeve që zgjidheshin. Sot, burimet e disponueshme harduerike bëjnë të mundur grumbullimin në një procesor të të gjitha teknikave arkitekturore të njohura për rritjen e performancës, në përputhje vetëm me përputhshmërinë e ndërsjellë. Prandaj, sipas disa shkencëtarëve modernë, ka shumë të ngjarë, pamja e një arkitekture të unifikuar të procesorit është ende mjaft larg.

2. Tendencat në zhvillimin e MT moderne

Një analizë e familjeve specifike të mikroprocesorëve nga prodhues të ndryshëm konfirmon tendencat e përgjithshme në zhvillimin e tyre: një rritje në frekuencën e orës, një rritje në vëllimin dhe gjerësinë e brezit të nënsistemit të kujtesës, një rritje në numrin e pajisjeve ekzekutive që funksionojnë paralelisht. Zbatimi kumulativ në një mikroprocesor i vlerave rekord për të gjitha këto tendenca është i pamundur për shkak të kufizimeve themelore fizike, si dhe për shkak të kufizimeve të procesit të prodhimit dhe kufizimeve ekonomike në koston e një mikroprocesori dhe prodhimit mikroelektronik në tërësi. Prandaj, çdo lloj i veçantë i mikroprocesorit është rezultat i shumë kompromiseve të bëra nga krijuesit e tij. Le të shqyrtojmë më në detaje thelbin e këtyre kompromiseve duke përdorur shembuj të analizës krahasuese të zhvillimit të familjeve të mikroprocesorëve.

Prezantimi

1.3 Vështrim i përgjithshëm i llojeve ekzistuese të arkitekturave të mikroprocesorëve

2. Pajisja e kontrollit

3. Veçoritë e kontrollit të softuerit dhe firmuerit

4. Mënyrat e adresimit

konkluzioni

Bibliografi

Procesi i ndërveprimit njerëzor me një kompjuter ka vazhduar për më shumë se 40 vjet. Deri vonë, vetëm specialistë - inxhinierë, matematikanë - programues, operatorë mund të merrnin pjesë në këtë proces. Vitet e fundit, ka pasur ndryshime dramatike në fushën e informatikës. Falë zhvillimit dhe futjes së mikroprocesorëve në strukturën e kompjuterëve, janë shfaqur kompjuterë personalë me përmasa të vogla dhe miqësore për përdoruesit. Situata ka ndryshuar, roli i një përdoruesi mund të jetë jo vetëm një teknik kompjuteri, por edhe çdo person, qoftë nxënës shkolle apo amvise, mjek apo mësues, punëtor apo inxhinier. Ky fenomen shpesh quhet fenomeni i kompjuterit personal. Aktualisht, parku botëror i kompjuterëve personal tejkalon 20 milionë.

Pse lindi ky fenomen? Përgjigja për këtë pyetje mund të gjendet nëse formuloni qartë se çfarë është një kompjuter personal dhe cilat janë karakteristikat e tij kryesore. Është e nevojshme të perceptohet saktë vetë përkufizimi i "personal", kjo nuk do të thotë që një kompjuter i përket një personi në bazë të të drejtave pronësore personale. Përkufizimi i "personal" lindi sepse një person ishte në gjendje të komunikonte me një kompjuter pa ndërmjetësimin e një programuesi profesionist, në mënyrë të pavarur, personalisht. Në këtë rast, nuk është e nevojshme të dini një gjuhë të veçantë kompjuterike. Softueri ekzistues në kompjuter do të sigurojë një formë të favorshme "miqësore" të dialogut midis përdoruesit dhe kompjuterit.

Aktualisht, një nga kompjuterët më të njohur është bërë modeli IBM PC dhe versioni i tij i modernizuar i IBM PC XT, i cili konsiderohet modeli bazë i një kompjuteri personal për sa i përket arkitekturës, softuerit dhe pamjes.

Baza e një kompjuteri personal është një njësi e sistemit. Ai organizon punën, përpunon informacionin, bën llogaritjet, siguron komunikim midis një personi dhe një kompjuteri. Përdoruesit nuk i kërkohet të kuptojë plotësisht se si funksionon njësia e sistemit. Ky është numri i specialistëve. Por ai duhet të dijë se nga cilat blloqe funksionale përbëhet kompjuteri. Ne nuk kemi një ide të qartë për parimin e funksionimit të blloqeve të brendshme funksionale të objekteve përreth nesh - një frigorifer, një sobë me gaz, një makinë larëse, një makinë, por duhet të dimë se çfarë qëndron në bazë të funksionimin e këtyre pajisjeve, cilat janë aftësitë e blloqeve përbërëse të tyre.

1. Karakteristikat e përgjithshme të arkitekturës së procesorit

1.1 Struktura bazë e një sistemi mikroprocesor

Detyra e menaxhimit të sistemit i takon njësisë qendrore të përpunimit (CPU), e cila është e lidhur me memorien dhe sistemin I/O përmes kanaleve të memories dhe I/O, përkatësisht. CPU-ja lexon udhëzimet nga memoria që përbëjnë programin dhe i deshifron ato. Në përputhje me rezultatin e udhëzimeve të deshifrimit, ai merr të dhëna nga memoria e portave hyrëse, i përpunon dhe i dërgon përsëri në portat e memories ose të daljes. Ekziston gjithashtu aftësia për të futur / nxjerrë të dhëna nga memorja në pajisjet e jashtme dhe anasjelltas, duke anashkaluar CPU-në. Ky mekanizëm quhet akses i drejtpërdrejtë memorie (DMA).

Nga këndvështrimi i përdoruesit, kur zgjedh një mikroprocesor, këshillohet që të ketë disa karakteristika komplekse të përgjithësuara të aftësive të mikroprocesorit. Zhvilluesi duhet të kuptojë dhe kuptojë vetëm ato përbërës të mikroprocesorit që pasqyrohen qartë në programe dhe duhet të merren parasysh gjatë zhvillimit të qarqeve dhe programeve për funksionimin e sistemit. Karakteristikat e tilla përcaktohen nga koncepti i arkitekturës së mikroprocesorit.

1.2 Koncepti i arkitekturës së mikroprocesorit

Arkitektura e një sistemi kompjuterik tipik të vogël të bazuar në mikrokompjuter është paraqitur në Fig. 1. Një mikrokompjuter i tillë përmban të 5 blloqet kryesore të një makinerie dixhitale: një pajisje hyrëse informacioni, një pajisje kontrolli (CU), një pajisje logjike aritmetike (ALU) (të përfshira në mikroprocesor), pajisje memorie (CU) dhe një dalje informacioni. pajisje.

Oriz. 1. Arkitektura e një mikroprocesori tipik.

Mikroprocesori koordinon funksionimin e të gjitha pajisjeve të sistemit dixhital duke përdorur autobusin e kontrollit (BC). Përveç ShU, ekziston një autobus adresash 16-bitësh (SHA), i cili përdoret për të zgjedhur një qelizë specifike memorie, portë hyrëse ose porta dalëse. Transferimi dydrejtues i të dhënave nga dhe nga mikroprocesori kryhet nëpërmjet autobusit të të dhënave 8-bit ose autobusit të të dhënave (SD). Është e rëndësishme të theksohet se MP mund të dërgojë informacion në kujtesën e mikrokompjuterit ose në një nga portat e daljes, si dhe të marrë informacion nga memoria ose nga një nga portat hyrëse.

Kujtesa vetëm për lexim (ROM) në një mikrokompjuter përmban një program (në praktikë, një program inicializimi kompjuterik). Programet mund të ngarkohen në memorien me akses të rastësishëm (RAM) dhe nga memoria e jashtme (VC). Këto janë programe përdoruesish.

Si një shembull që ilustron funksionimin e një mikrokompjuteri, merrni parasysh një procedurë, për zbatimin e së cilës ju duhet të kryeni sekuencën e mëposhtme të operacioneve elementare:

1. Shtypni tastin me shkronjën "A" në tastierë.

2. Vendosni shkronjën "A" në kujtesën e mikrokompjuterit.

3. Shfaqni shkronjën "A" në ekranin e ekranit.

Kjo është një procedurë tipike hyrje-memorizimi-dalje, shqyrtimi i së cilës bën të mundur sqarimin e parimeve të përdorimit të disa prej pajisjeve të përfshira në mikrokompjuter.

Në fig. 2 tregon një diagram të detajuar të ekzekutimit të procedurës I-M-O. Vini re se komandat janë ngarkuar tashmë në gjashtë vendet e para të memories. Programi i ruajtur përmban zinxhirin e mëposhtëm të komandave:

1. Futni të dhëna nga porti 1.

2. Ruani të dhënat në qelizën e memories 200.

3. Dërgoni të dhënat në portin e daljes 10.

Ekzistojnë vetëm tre komanda në këtë program, megjithëse në Fig. 2, mund të duket se ka gjashtë udhëzime në kujtesën e programit. Kjo për shkak se ekipi zakonisht ndahet në pjesë. Pjesa e parë e komandës 1 në programin e mësipërm është komanda e futjes së të dhënave. Pjesa e dytë e komandës 1 specifikon se nga të futen të dhënat (nga porta 1). Pjesa e parë e një komande, që përshkruan një veprim specifik, quhet një kod optik (OPC), dhe pjesa e dytë është një operand. Opcode dhe operand janë të vendosura në vende të veçanta të memories së programit. Në fig. 2 CPC ruhet në vendndodhjen 100 dhe kodi i operandit është në vendndodhjen 101 (porta 1); kjo e fundit tregon se nga mund ta merrni informacionin.

Në MP në Fig. 2, janë ndarë edhe dy blloqe të reja - regjistra: një akumulator dhe një regjistër komandues.

Oriz. 2. Diagrami i ekzekutimit të procedurës hyrje-memorizim-output

Merrni parasysh kalimin e komandave dhe të dhënave brenda një mikrokompjuteri duke përdorur rrathët e numëruar në diagram. Kujtojmë se mikroprocesori është qendra qendrore që kontrollon lëvizjen e të gjitha të dhënave dhe ekzekutimin e operacioneve.

Pra, kur kryeni një procedurë tipike hyrje-memorizimi-dalje në një mikrokompjuter, ndodh sekuenca e mëposhtme e veprimeve:

1. Çështjet e MP adresojnë 100 në autobusin e adresave. Autobusi i kontrollit merr një sinjal që vendos kujtesën e programit (një mikroqark specifik) në modalitetin e leximit.

2. Memoria e programit dërgon komandën e parë ("Fut të dhënat") në autobusin e të dhënave dhe MP merr këtë mesazh të koduar. Komanda vendoset në regjistrin komandues. MP dekodon (interpreton) komandën e marrë dhe përcakton se komanda ka nevojë për një operand.

3. Çështjet e deputetit adresojnë 101 te SHA; ShU përdoret për të transferuar kujtesën e programit në modalitetin e leximit.

4. Operandi "Nga porti 1" dërgohet nga memoria e programit në motorin stepper. Ky operand ndodhet në memorien e programit në qelizën 101. Kodi i operandit (që përmban adresën e portit 1) transmetohet nëpërmjet SM te MP dhe dërgohet në regjistrin e komandës. MP tani deshifron komandën e plotë ("Fut të dhënat nga porti 1").

5. MP, duke përdorur ША dhe ШУ, duke e lidhur me pajisjen hyrëse, hap portin 1. Kodi dixhital i shkronjës "A" transmetohet në baterinë brenda MP dhe ruhet.ekzekutimi.

6. MP i referohet qelisë 102 sipas ША. ShU përdoret për të transferuar kujtesën e programit në modalitetin e leximit.

7. Kodi komandues "Ruaj të dhënat" futet në motorin stepper dhe i dërgohet MP, ku vendoset në regjistrin e komandës.

8. MP deshifron këtë komandë dhe përcakton se ka nevojë për një operand. MP i referohet qelizës së memories 103 dhe aktivizon hyrjen e leximit të mikroqarqeve të memories së programit.

9. Kodi i mesazhit "Në qelinë e memories 200" dërgohet nga memoria e programit në motorin stepper. MP e merr këtë operand dhe e vendos në regjistrin e komandës. Komanda e plotë "Ruaj të dhënat në vendndodhjen e memories 200" është marrë nga memoria e programit dhe është deshifruar.

10. Tani fillon procesi i ekzekutimit të komandës. MP dërgon adresën 200 në SHA dhe aktivizon hyrjen e shkrimit në lidhje me memorien e të dhënave.

11. MP dërgon informacionin e ruajtur në bateri në memorien e të dhënave. Kodi i shkronjës "A" transmetohet përmes motorit stepper dhe shkruhet në qelizën 200 të kësaj memorie. Komanda e dytë u ekzekutua. Procesi i memorizimit nuk e shkatërron përmbajtjen e baterisë. Ai ende përmban kodin për shkronjën "A".

12. MP i referohet qelizës së memories 104 për të zgjedhur komandën tjetër dhe transferon kujtesën e programit në modalitetin e leximit.

13. Kodi i komandës së daljes së të dhënave dërgohet nëpërmjet SM MP-së, e cila e vendos atë në regjistrin e komandës, deshifron dhe përcakton se nevojitet një operand.

14. Problemet e MP adresojnë 105 te SHA dhe vendos kujtesën e programit në modalitetin e leximit.

15. Kodi i operandit “To port 10” merret nga memoria e programit nëpërmjet motorit stepper në MP, i cili më pas vendoset në regjistrin komandues.

Arkitektura e mikroprocesoritështë një grup informacioni për përbërjen e përbërësve të tij, organizimin e përpunimit të informacionit në të dhe shkëmbimin e informacionit me pajisje kompjuterike të jashtme, si dhe funksionalitetin e mikroprocesorit që ekzekuton komandat e programit.

Struktura e mikroprocesorit- ky është informacion vetëm për përbërjen e përbërësve të tij, lidhjet midis tyre, duke siguruar ndërveprimin e tyre. Kështu, arkitektura është një koncept më i përgjithshëm që përfshin, përveç strukturës, idenë e ndërveprimit funksional të përbërësve të kësaj strukture me njëri-tjetrin dhe me mjedisin e jashtëm.

Baza e çdo MP (Fig. 14) është njësia aritmetiko-logjike ALU, e cila kryen përpunimin e informacionit - operacionet aritmetike dhe logjike mbi të dhënat fillestare dhe në përputhje me komandat. Vetë të dhënat (rezultati fillestar, i ndërmjetëm dhe përfundimtar) janë në regjistrat e të dhënave RD, dhe komandat janë në regjistrin e komandës RK. Të gjitha proceset e hyrjes dhe daljes së informacionit, ndërveprimi midis ALU, RD dhe RK kontrollohen nga një njësi kontrolli shumëfunksionale CU. Të dhënat, komandat dhe sinjalet e kontrollit transmetohen nëpërmjet autobusit të brendshëm të VSH.

Fig. 14 Bllokuskema tipike e MT

Çdo mikroprocesor ka gjuhën e vet të brendshme të quajtur set mikroudhëzimet ose përbërjen e ekipitËshtë një grup komandash që një mikroprocesor i caktuar i kupton dhe mund t'i ekzekutojë.

Gjatë çdo cikli të komandës CPU kryen shumë funksione kontrolli:

1) vendos adresën e komandës në autobusin e kujtesës së adresave;

2) merr një komandë nga autobusi i hyrjes së të dhënave dhe e deshifron atë;

3) zgjedh adresat dhe të dhënat që përmban komanda; adresat dhe të dhënat mund të jenë në memorie ose në regjistra;

4) kryen operacionin e përcaktuar në kodin komandues. Një veprim mund të jetë një funksion aritmetik ose logjik, një transferim i të dhënave ose një funksion kontrolli;

5) monitoron sinjalet e kontrollit si ndërprerje dhe reagon në përputhje me rrethanat;

6) gjeneron sinjale të statusit, kontrollit dhe kohës, të cilat janë të nevojshme për funksionimin normal të IOD dhe kujtesës.

Kështu, CPU është "truri" që përcakton veprimet e kompjuterit.

Fig. 15 Cikli i instruksionit të procesorit

Për nga natyra e kodit të ekzekutueshëm dhe organizimi i pajisjes së kontrollit, dallohen disa lloje të arkitekturave:

- Një procesor me një grup kompleks instruksionesh, eng. CISC - Kompjuter i Kompleksit të Instruksioneve... Kjo arkitekturë karakterizohet nga një numër i madh udhëzimesh komplekse dhe, si pasojë, një pajisje komplekse kontrolli. Versionet e hershme të procesorëve CISC dhe procesorëve të aplikacioneve të integruara karakterizohen nga kohë të gjata të ekzekutimit të instruksioneve (nga disa cikle orësh në qindra), të përcaktuara nga mikrokodi i pajisjes së kontrollit. Procesorët superskalorë me performancë të lartë karakterizohen nga analiza e thellë e programit dhe ekzekutimi i jashtëzakonshëm i operacioneve.

- Procesor i thjeshtësuar i grupit të instruksioneve, eng. RISC - Kompjuter me grup instruksionesh të reduktuara... Kjo arkitekturë ka një pajisje kontrolli shumë më të thjeshtë. Shumica e udhëzimeve të procesorit RISC përmbajnë të njëjtin numër të vogël operacionesh (1, ndonjëherë 2-3), dhe vetë fjalët e komandës në shumicën dërrmuese të rasteve kanë të njëjtën gjerësi (PowerPC, ARM), megjithëse ka përjashtime (Coldfire). Procesorët superscalar kanë grupimin më të thjeshtë të instruksioneve pa ndryshuar rendin e ekzekutimit.

- Procesor në mënyrë të qartë paralele, eng. EPIC - Kompjuter me udhëzim në mënyrë eksplicite paralele (-ing, term ® Intel, HP). Ai ndryshon nga të tjerët kryesisht në atë se sekuenca dhe paralelizmi i ekzekutimit të operacioneve dhe shpërndarja e tyre midis pajisjeve funksionale përcaktohen qartë nga programi. Procesorë të tillë mund të kenë një numër të madh pajisjesh funksionale pa shumë ndërlikime të pajisjes së kontrollit dhe humbje të efikasitetit. Në mënyrë tipike, përpunues të tillë përdorin një fjalë të gjerë kontrolli të përbërë nga disa rrokje që përcaktojnë sjelljen e secilës pajisje funksionale gjatë një cikli të orës.

- Procesori i grupit minimal të instruksioneve, eng. MISC - Kompjuter Minimal Instruction Set... Kjo arkitekturë përcaktohet kryesisht nga një numër shumë i vogël instruksionesh (disa dhjetëra), dhe pothuajse të gjitha janë operandë null. Kjo qasje bën të mundur paketimin e kodit shumë fort, duke ndarë nga 5 deri në 8 bit për një udhëzim. Të dhënat e ndërmjetme në një procesor të tillë zakonisht ruhen në pirgun e brendshëm, dhe operacionet kryhen në vlerat në krye të pirgut. Kjo arkitekturë është e lidhur ngushtë me ideologjinë e programimit në gjuhën Forth dhe zakonisht përdoret për të ekzekutuar programe të shkruara në këtë gjuhë.

- Procesor i grupit të instruksioneve të ndryshueshme, eng. WISC - Kompjuter me instruksione të shkruara... Një arkitekturë që ju lejon të riprogramoni veten duke ndryshuar grupin e udhëzimeve, duke e përshtatur atë me detyrën në fjalë.

- Procesor i drejtuar nga transporti, eng. TTA - Transort Triggered Architecture... Arkitektura fillimisht u degëzua nga EPIC, por thelbësisht e ndryshme nga të tjerat në atë që udhëzimet e një procesori të tillë kodojnë operacionet funksionale, dhe të ashtuquajturat transporte kodojnë transferimet e të dhënave midis pajisjeve funksionale dhe memories në një renditje arbitrare.

Sipas mënyrës së ruajtjes së programeve, dallohen dy arkitektura:

- Arkitektura Von Neumann... Procesorët e kësaj arkitekture përdorin një autobus dhe një pajisje I/O për të aksesuar programin dhe të dhënat.

- Arkitektura e Harvardit... Në procesorët e kësaj arkitekture, ka autobusë të veçantë dhe pajisje I/O për marrjen e programeve dhe shkëmbimin e të dhënave. Në mikroprocesorët e integruar, mikrokontrolluesit dhe DSP-të, kjo gjithashtu përcakton ekzistencën e dy memorieve të pavarura për ruajtjen e programeve dhe të dhënave. Në njësitë qendrore të përpunimit, kjo përcakton ekzistencën e një memorie të veçantë instruksioni dhe të dhënash. Pas cache, autobusët mund të kombinohen në një duke u shumëfishuar.

Sipas organizimit të dosjes së regjistrit FU, mund të dallohen llojet e mëposhtme të përpunuesve.

- Regjistro arkitekturën- karakterizohet nga aksesi i lirë në regjistra për marrjen e të gjitha argumenteve dhe shkrimin e rezultatit. Veprimet elementare aritmetike-logjike në procesorë të tillë kodohen në udhëzime me dy ose tre operatorë (regjistër + regjistër → regjistër, ndonjëherë regjistri i rezultateve përkon me burimin e njërit prej argumenteve).

- Arkitektura e baterive- nga regjistrat ndahet një nga disa regjistra akumulues. Regjistri i akumulatorit është burimi i një prej argumenteve dhe marrësi i rezultatit të llogaritjes. Operacionet zakonisht kodohen në udhëzime me një operator (akumulator + operand → akumulator). Kjo arkitekturë është tipike për shumë procesorë CISC (p.sh. Z80).

- Arkitektura e rafte- përcaktohet nga organizimi i skedarit të regjistrit në formën e një pirg, dhe nga adresimi indirekt i regjistrave përmes treguesit të stivit, i cili përcakton pozicionin e majës së pirgut, operacionet kryhen në vlerat në krye. të pirgut, dhe rezultati vihet gjithashtu në krye. Veprimet aritmetike janë të koduara në instruksione me operand null. Arkitektura stack është një pjesë integrale e procesorëve MISC.