История развития микропроцессоров

 

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….. 4

1. Микропроцессор и его функции .…………………..…………..……...……...6

2. Принцип работы микропроцессора.…………………………………...……...9

3. Развитие микропроцессоров ………..………………….…………………….14

Заключение……………………………………………………………………….29

Список использованных источников…………………………………………...30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

    Данная  курсовая работа посвящена изучению развития микропроцессоров. Цель данной работы -  подробнее ознакомиться с микропроцессором, его функциями, принципом его работы и  историей  развития.

     Тема  работы актуальна в настоящее  время, т.к. именно сейчас происходит бурное развитие микропроцессорных технологий.

     Одним из крупнейших достижений микроэлектроники и вычислительной техники является создание микропроцессоров (микропроцессорных наборов БИС). В решении актуальных задач ускорения научно-технического прогресса им принадлежит существенная роль.

     Высокая производительность, малые габаритные размеры и энергопотребление, эргономичность, развитое, ориентированное на массового пользователя базовое и прикладное программное обеспечение микро-ЭВМ и ПЭВМ обеспечивают значительное повышение эффективности труда в различных отраслях народного хозяйства. Это особенно важно при автоматизации сложной управленческой, хозяйственной, инженерной деятельности, научных исследований и экспериментов, учебного процесса.

     Массовый  выпуск микропроцессорных наборов  БИС с широкими функциональными  возможностями, их низкая стоимость, гибкость и точность цифровых методов обработки информации превратили микропроцессоры в системные элементы, на основе которых создаются системы промышленной автоматики, связи, измерительной техники, управления транспортом и т.д.

      В данной курсовой работе нами  предполагается решение следующих  задач:

    - изучение микропроцессора, его функций;

     - изучение принципа работы микропроцессора ;

    - изучение  развития микропроцессоров.

    Структура курсовой работы традиционная, она  состоит из введения, заключения, трех глав.

    Объем курсовой работы составляет 30 страниц.

    При написании данной курсовой работы нами были изучены семь наименований учебной и научной литературы. Работа проиллюстрирована схемами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Микропроцессор и его функции

 
 

     Любая ЭВМ предназначена для обработки  информации причем, как правило, осуществляет эту обработку опосредовано –  представляя информацию в виде чисел. Для работы с числами машина имеет специальную важнейшую часть – микропроцессор. Это универсальное логическое устройство, которое оперирует с двоичными числами, осуществляя простейшие логические и математические операции, и не просто как придется, а в соответствии с программой, т.е. в заданной последовательности. Для хранения этой заданной последовательности служат запоминающие устройства. Запоминающие устройства бывают постоянными – ПЗУ, в которых информация хранится, не изменяясь сколь угодно долго, и оперативными  – ОЗУ, информация в которых может быть изменена в любой момент в соответствии с результатами ее обработки. Процессор общается с ОЗУ и ПЗУ через так называемое адресное пространство, в котором каждая ячейка памяти имеет свой адрес.

     Микропроцессор состоит из набора регистров памяти различного назначения, которые определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с некоторой системой правил. Регистр – это устройство, предназначенное для хранения и обработки двоичного кода. К внутренним регистрам процессора относят: счетчик адреса команд, указатель стека, регистр состояний, регистры общего назначения.

     Наличие счетчика команд было положено еще  в работах Фон Неймана. Роль счетчика состоит в сохранении адреса очередной команды программы и автоматическом вычислении адреса следующей. Благодаря наличию программного счетчика в ЭВМ реализуется основной цикл исполнения последовательно расположенных команд программы.

     Стек  – это особый способ организации  памяти, при использовании которого достаточно сохранять адрес последней заполненной ячейки ОЗУ. Именно адрес последней заполненной ячейки ОЗУ и хранится в указателе стека. Стек используется процессором для организации механизма прерываний, обработки обращения к подпрограммам, передачи параметров и временного хранения данных.

     В регистре состояний хранятся сведения о текущих режимах работы процессора. Сюда же помещается информация о результатах  выполняемых команд, например: равен  ли результат нулю, отрицателен ли он, не возникли ли в ходе операции ошибки и т.п. Использование и анализ в этом регистре происходит побитно, каждый бит регистра имеет самостоятельное  значение.

     Регистры  общего назначения служат для хранения текущих обрабатываемых данных или их адреса в ОЗУ. У некоторых процессоров регистры функционально равнозначны, в других назначение регистров строго оговаривается. Информация из одного регистра может предаваться в другой.

Основные функции  микропроцессора:

- выборка команд из ОЗУ;

- декодирование команд;

- выполнение команд;

- управление обменом информацией между различными разделами памяти (включая собственные регистры);

- обработка прерываний;

- обработка сигналов от внешних устройств;

- управление устройствами, входящими в состав компьютера.

Процессор, с  функциональной точки зрения, состоит  из устройства управления, арифметико-логического устройства и регистров памяти. Некоторые регистры (например, счетчик адреса команд) в некоторых микропроцессорах являются программно-доступными, а в некоторых — недоступными. Программно-доступные регистры подразделяются на специализированные (указатель стека, регистр состояния) и общего назначения.

     Из выше сказанного следует, что важнейший компонент любого персонального компьютера - это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и, образно выражаясь, является его сердцем. В его состав входят: устройство управления, арифмитическо-логическое устройство, кеш-память, регистры и другие. Каждое из этих устройств выполняет свою часть работы в процессе обработки информации.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Принцип работы микропроцессора

     В состав микропроцессора входят арифметическо-логическое устройство, устройство управление и блок внутренних регистров (рис. 1).

     Арифметическо-логическое устройство состоит из двоичного сумматора со схемами ускоренного переноса, сдвигающего регистры и регистров для временного хранения операндов. Обычно это устройство выполняет по командам несколько простейших операций: сложение, вычитание, сдвиг, пересылку, логическое сложение (ИЛИ), логическое умножение (И), сложение по модулю. Устройство управления управляет работой арифметическо-логическое устройство  и внутренних регистров в процессе выполнения команды. Согласно коду операций, содержащемуся в команде, оно формирует внутренние сигналы управления блоками микропроцессора. Адресная часть команды совместно с сигналами управления используется для считывания данных из определенной ячейке памяти или для записи данных в ячейку. По сигналам устройства управления осуществляется выборка каждой новой, очередной команды.  Блок внутренних регистров, расширяющий возможности АЛУ, служит внутренней памятью микропроцессора и используется для временного хранения данных и команд. Он также выполняет некоторые процедуры обработки информации. На (рис.2) приведена более подробная структурная схема однокристального микропроцессора.

     

Рис 2. Структура  микропроцессора.

     Здесь блок внутренних регистров содержит регистры общего назначения и специальные регистры: регистр-аккумулятор, буферный регистр адреса, буферный регистр данных, счетчик команд, стека, признаков.

     Регистры  общего назначения , число которых  может изменятся от 4 до 64, определяют вычислительные возможности микропроцессора. Их функция – хранение операндов. Но могут выполнять также и роль регистров. Все регистры общего назначения доступны программисту, который рассматривает их как сверхоперативное запоминающее устройство.

     Регистр – аккумулятор («накопитель»), предназначен для временного хранения операнда или  промежуточного результата действий производимых в АЛУ. Разрядность регистра равна разрядности информационного слова.

     Буферный  регистр адреса служит для приема и хранения адресной части выполняемой команды. Возможное количество адресов, определяется разрядностью  регистра.

     Буферный  регистр данных используется для  временного хранения, выбранного из памяти слова, перед передачей его во внешнюю шину данных. Его разрядность определяется количеством байт информационного слова.

     Счетчик команд содержит адрес ячейки памяти, в которой помещены байты выполняемой  команды.

     Регистр команд принимает и хранит код  очередной команды, адрес которой находится в счетчике команд. По сигналу устройства управления  в него передается из регистра хранимая там информация.

     Регистры  стека делятся на стек и указатель  стека. В микропроцессоре  стек – набор регистров, хранящих адреса команд возврата при обращении к подпрограммам или состояние внутренних регистров при обработке прерываний. Стек может быть выполнен не только на внутренних регистрах микропроцессора, составляя его часть, но и находиться в ОЗУ, занимая там отведенную для него зону. В последнем случае для обращения к нему необходим специальный регистр – указатель стека.

     Указатель стека хранит адреса последней занятой  ячейки стека, которую называют вершиной. Содержащее в указателе число указывает, где находится вершина стека. Когда в стек записывается очередное слово, то число в указателе стека соответственно увеличивается. Извлечение слова из стека сопровождается, наоборот, уменьшением числа, заполняющего указатель стека. Кроме такой процедуры предусматривается возможность считывания без разрушений содержимого любой ячейки стека при неизменном числе, хранимом в указателе стека.

     Внутренняя  шина данных соединяет собой основные части микропроцессора.

     Шиной называют группу линий передачи информации, объединенных общим функциональным признаком. В микропроцессорной  схеме используется три вида шин: данных, адресов и управления.

     Разрядность внутренней шины данных, т. е. количество передаваемых по ней одновременно (параллельно) битов числа соответствует разрядности слов, которыми оперирует микропроцессор. Очевидно, что разрядность внутренней и внешней шин данных должна быть одной и той же. У восьмиразрядного микропроцессора внутренняя шина данных состоит из восьми линий, по которым можно передавать последовательно восьмиразрядные слова – байты. Следует иметь в виду, что по шине данных передаются не только обрабатываемые АЛУ слова, но и командная информация. Следовательно, недостаточно высокая разрядность шины данных может ограничить состав (сложность) команд и их число. Поэтому разрядность шины данных относят к важным характеристикам микропроцессора – она в большей мере определяет его структуру (числа разрядов указаны на рисунке в скобках рядом с названиями блоков).