Что такое микропроцессоры? Типы микропроцессоров

Компьютерные технологии позволяют нам работать со значительной эффективностью. Но как они вообще функционируют? Этому помогает целый ассортимент различных приборов и устройств. И одним из них является микропроцессор. Что это такое? Какие у него функции? Какими характеристиками обладает это устройство? Что такое микропроцессорная архитектура? Какие параметры от неё зависят?

Что такое микропроцессоры?

Так называется устройство, которое является программно управляемым. Его задача – обработка цифровой информации и управление этим процессом. Микропроцессор управления должен быть небольшим, но одновременно функциональным. Из этого выплывает целый ряд свойств, о которых сейчас будет рассказано. Реализовывается микропроцессор на (сверх)больших интегральных схемах ((С)БИС), которых может быть и несколько штук. Для них характерными являются:

1. Низкая стоимость (относится к массовому производству).
2. Простота изготовления (по одной технологии);
3. Занимает мало места (несколько квадратных сантиметров или даже миллиметров).
4. Отличаются высокой надежностью.
5. Потребляют мало энергии.

Устройство микропроцессора значительным образом зависит от построения его архитектуры. Далее об этом будет вестись речь и в рамках статьи будет рассмотрено три типа.

Функции

Это то, из-за чего их вообще создают. Итак, функции микропроцессора:

1. Читают и дешифруют команды, что поступают из основной памяти.
2. Принимают и обрабатывают запросы от адаптеров про обслуживание внешних устройств (ВУ).
3. Читают данные из оперативной памяти и регистров ВУ.
4. Создают управляющие сигналы, с помощью которых управляют другими узлами и блоками персонального компьютера.
5. Обрабатывают данные и производят их запись в оперативную память, а также регистры внешних устройств.

Основные характеристики микропроцессора

Всего их выделяют четыре:

1. Разрядность.
2. Производительность.
3. Система команд.
4. Объем адресуемой памяти.

Группы микропроцессоров

Их выделяют три:

1. CISC. Присутствует полный набор команд.
2. RISC. Присутствует сокращенный набор команд.
3. MISC. Присутствует минимальный набор команд, но обладают очень высоким быстродействием как для этого класса устройств.

Микропроцессоры типа CISC

Они могут работать в составе вычислительной сети. Также присутствует возможность многозадачной работы и защита памяти. Микропроцессоры данного типа могут функционировать в двух режимах: защищенном и реальном. Первый предусматривает возможность многозадачности и непосредственный доступ к расширенной памяти. К тому же она защищается от посторонних обращений. В реальном режиме производится эмуляция работы микропроцессора 8086 и существует однозадачная работа.

Микропроцессоры типа RISC

Имеют простые самые используемые команды. При необходимости выполнить что-то сложное производится «сборка» необходимого функционала. На выполнение команды тратится всего один машинный такт за счет параллельного выполнения и их наложения. Для сравнения, в CISC на самую малую пойдёт целых четыре.

Из чего состоит микропроцессор?

В нем выделяют две части:

1. Операционная. Содержит устройства управления, арифметико-логическую и микропроцессорную память.
2. Интерфейсная. Содержит адресные регистры, схемы управления портами и шиной, а также блок команд.

Важной является архитектура – логическая организация микропроцессора, которая определяет его особенности, свойства и возможность построения вычислительной системы на базе этого устройства. Различают три основных типа: CISC, RISC и MISC (это если говорить про универсальные приборы). Так, в них есть несколько групп регистров, что работают с разной степенью опережения. Это позволяет выполнять операции буквально «в конвейерном режиме». Это позитивно сказывается на эффективном быстродействии. Микропроцессор компьютера обычно обслуживает только одно устройство – допустим, клавиатуру.

Архитектура CISC

Complex Instruction Set Computer - комплексные инструкции для компьютера. Характеристики микропроцессора с данной архитектурой являются таковыми:

1. Имеют большое число команд, которые отличаются своим функционалом, длиной и форматом.
2. Используются различные системы адресации.
3. Присутствует сложная кодировка команд.

Что такое микропроцессоры данной архитектуры? Это сложные устройства, главный упор в которых делается на функциональность.

Архитектура RISC

Reduced Instrucktion Set Computer – однородные инструкции для компьютера. Характеристики микропроцессора с данной архитектурой являются таковыми:

1. Применяет упрощенный тип системы команд: все они обладают одинаковым форматом с простой кодировкой. Данные из ОЗУ в регистр микропроцессора и наоборот перемещаются с помощью загрузочных инструкций.
2. Несмотря на высокое быстродействие, данные микропроцессоры могут обладать сравнительно низкой тактовой частотой и меньшей степенью интеграции СБИС.
3. Команды производят меньшую нагрузку на ОЗУ.
4. Но отлаживать работу программ на RISC значительно сложней, чем на CISC.
5. Невозможно использовать одинаковые программы с CISC.

Архитектура MISC

Multipurpose Instruction Set Computer – многоцелевые инструкции для управления компьютером. Является попыткой совмещения в себе преимуществ CISC и RISC. Здесь элементная база собирается из отдельных частей (которые часто объединяют в одном корпусе):

1. Основная часть. Базируется на архитектуре RISC.
2. Расширяемая часть. На ней находится подключенное ПЗУ микропрограммного управления.

Сама система приобретает свойства CISC. Так, основные команды здесь работают на базисе, предоставленном RISC. Одновременно существует расширение, которое «создаёт» микропрограммы. Базис RISC выполняет все свои команды за один такт. А расширение использует сложный набор команд. Благодаря наличию ПЗУ устраняется тот недостаток RISC, что когда с языка высокого уровня компилируется код операции, то он является уже дешифрированным и открытым для программиста. Вот что такое микропроцессоры, и такими свойствами они должны обладать с точки зрения данной архитектуры их построения.

Заключение

Что такое микропроцессоры и что лежит в основе их функционирования – мы это рассмотрели. Конечно, чтобы разобрать во всех нюансах данные устройства, необходимо посвятить много времени и ознакомиться не с одной книгой и сборником лекций. Но сам базис уже есть.