Микропроцессорлар архитектурасының негізгі түсініктері мен сипаттамалары

Лекция №1

Микропроцессорлар архитектурасының негізгі түсініктері мен сипаттамалары

Дәрістің мақсаты: микропроцессорлардың архитектурасы ұғымын талдау, әр түрлі архитектуралардың микропроцессорларының негізгі ерекшеліктерін зерттеу.

1. Кіріспе

Біріншіден, микропроцессор автоматтандыру жүйесінің сандық элементі болып табылады. Микропроцессор автоматтандыру жүйесінің барлық элементтері мен құралдарының бөлігі болып табылады. Микроконтроллер (ағылш. Micro Controller Unit, MCU) — электрондық құрылғыларды басқаруға арналған микросхема.

Микропроцессор (MП)  –  бұл сандық ақпаратты өңдеуге және осы өңдеу процесін басқаруға арналған және бір немесе бірнеше үлкен интегралды схемалар (ҮИС) түрінде жасалған бағдарламалық басқарылатын құрылғы.

Микропроцессорлық жүйе (MПЖ) – бұл бір немесе бірнеше құрылғылардан тұратын функционалды түрде аяқталған өнім, оның негізі микропроцессор болып табылады.

МП архитектурасы  –  бұл пайдаланушыға берілетін бағдарламалық және аппараттық қасиеттердің жиынтығы. Бұған командалар жүйесі, өңделетін деректердің түрлері мен форматтары, адрестеу режимдері, регистрлердің саны мен таралуы, жедел жадпен және сыртқы құрылғылармен өзара әрекеттесу принциптері (үзіліс жүйесінің сипаттамалары, жадқа тікелей қол жетімділік және т.б.) жатады.

1. Микропроцессорлардың архитектура бойынша жіктелуі

Микропроцессорлық құрылғыларды архитектура бойынша жіктеу жиі кездеседі. Бұл түсінікті, өйткені электронды технологияны, радиоэлектрониканы және телекоммуникацияны жобалаушы мамандар үшін микропроцессорлық құрылғы – бұл жеке микросхема болып табылады. Автоматтандыру маманы үшін микропроцессорлық құрылғы – бұл толық басқару құралы (еркін бағдарламаланатын логикалық контроллер) немесе басқа автоматтандыру құрылғыларын жобалау құралы (микроконтроллер немесе микропроцессорлық интегралды схема) ретінде орындалатын автоматтандыру жүйесінің элементі. Мұнда архитектура бойынша микропроцессорлардың жіктелуі келтірілген (1-суретті қараңыз).[pic 1]

1. - сурет архитектура бойынша микропроцессорлардың жіктелуі

Әмбебап микропроцессорлар инженерлік есептеулерден бастап тапсырма уақытына қатаң шектеулермен байланысты емес мәліметтер базасымен жұмыс істеуге дейінгі әртүрлі ақпаратты сандық өңдеу мәселелерін шешуге арналған. Микропроцессорлардың бұл класы ең танымал. Оған Intel Pentium және AMD Athlon сияқты танымал микропроцессорлар кіреді.

Әмбебап микропроцессорлардың сипаттамалары: бит тереңдігі; өңделетін деректердің түрлері мен форматтары; командалар жүйесі, операндаларды адрестеу режимдері; тікелей адрестелетін жедел жадтың сыйымдылығы: адрес шинасының бит тереңдігімен анықталады; сыртқы синхрондау жиілігі; өнімділік. Архитектуралары бойынша әмбебап бөлу RISC және cisc архитектурасы бойынша микропроцессорлар командалардың (нұсқаулықтардың) саны мен құрамының архитектура сипаттамасымен байланысты. RISC анықтамалары  –  командалардың қысқартылған тізімі бар архитектура (ағылш. Reduced Instruction Set Computer), CISC – кеңейтілген командалар тізімі бар микропроцессорлар (толық нұсқаулық есептеу).

Өнеркәсіптік және тұрмыстық автоматика жүйелерінде қолдануға арналған бір чипті микроконтроллерлер (БЧМК немесе жай MK) интегралды микросхеманы жасау технологиясы бойынша өз атауын алды. Микроконтроллерлер бір кристалда жасалады және әмбебап немесе мамандандырылған мақсаты бар дайын сандық құрылғы болады. Контроллерлердің арнайы класы –  сигналдарын сандық өңдеу процессорлары немесе сандық сигнал процессорлары. Бір чипті микропроцессорға балама ретінде бірнеше бөлімдерде өндіріс технологиясымен ерекшеленетін бөлінген микропроцессорлар, олардың әрқайсысы жеке есептеу құрылғысы болып табылады. Қазіргі заманғы микропроцессорлық құрылғылар бір уақытта бірнеше операцияларды орындайды, тіпті олар бір чипті болса да, сондықтан бөлінген микропроцессорлар жоқ. Микропроцессорлық архитектураның әр түріне толығырақ тоқталайық.