Микропроцессор выполняет команды: Команды микропроцессора (Лекция)

Содержание

Что такое микропроцессор и чем микропроцессоры отличаются между собой?

Наверное, все пользователи компьютеров слышали про процессор или микропроцессор в их устройстве. Но что такое микропроцессор? Какие задачи он может выполнять? Где используется?

Микропроцессор — это небольшое устройство для обработки информации, контроля системы, выполнения арифметических и логических операций. Из-за своей повышенной функциональности микропроцессоры можно найти во всех современных вычислительных устройствах и не только:

Что это такое — микропроцессор?

В связи с тем что микропроцессор выполняет различные задачи, его применение не ограничивается какими-то конкретными устройствами, например, только компьютерами.

Вот несколько задач, которые выполняет микропроцессор:

читает и расшифровывает команды из оперативной памяти или из внешних устройств;

обрабатывает запросы при обслуживании различных компонентов устройств, где он применяется;

синхронизирует данные на различных накопителях;

генерирует сигналы для управления компонентами, узлами или блоками устройства, где он применяется.

Любой микропроцессор состоит из следующих компонентов:

компонент для обрабатывания арифметических и логических операций, которые необходимы для успешного взаимодействия с устройством;

центральный компонент для контроля взаимодействия между всеми компонентами устройства, где применяется микропроцессор;

собственный объем памяти, нужный для хранения последовательности действий и команд, а также для обработки небольшой информации;

системный интерфейс, чтобы можно было как-то взаимодействовать с самим микропроцессором.

Виды микропроцессоров

Разновидность микропроцессоров делится на 4 основные группы:

CISC. Это одна из первых архитектур микропроцессоров, которая отличается своей стабильностью и многозадачностью. Однако при этом имеет более медленную скорость выполнения операций и команд.

RISC. Данная архитектура микропроцессора создавалась в качестве альтернативы CISC. Имеет немного «урезанную» память и свою специфику выполнения команд, что делает ее немного быстрее, чем первый вид микропроцессоров.

VLIW. Это более производительные микропроцессоры, которые могут поддерживать сразу несколько устройств и при этом делают это очень успешно.

MISC. Микропроцессор с «хитрой» архитектурой и структурой работы. Отличается тем, что все получаемые команды микропроцессор складывает в одно место. А потом при рабочем цикле все команды считываются за один раз. У других микропроцессоров совсем другие подходы к работе.

Чем микропроцессоры могут отличаться между собой

Помимо описанной выше архитектуры, микропроцессоры характеризуются несколькими свойствами, которые могут отличаться между микропроцессорами одной архитектуры.

Микропроцессор — это устройство со следующими характеристиками:

частота тактов — именно она определяет уровень производительности микропроцессора;

разрядность — это основная характеристика микропроцессора, которая определяет скорость обрабатывания определенного количества информации за единицу времени;

системность команд — зависит от архитектуры микропроцессора и определяет специальные инструкции и модули;

размер микропроцессорной памяти.

Заключение

Микропроцессор — это мозг любого вычислительного устройства. Без него невозможно построить какой-либо стоящий электронный прибор. Микропроцессоры бывают разными по своим характеристикам, поэтому их можно встретить в суперкомпьютере, который занимается нереальными расчетами, или в мини-компьютере Arduino, который контролирует полив комнатных цветов.
Разные микропроцессоры выполняют разные задачи, но цель у них одна — облегчить жизнь людям.

Схожие статьи

Другое

Распознавание капчи Python: готовые проекты и примеры реализации

Другое

Голосовое управление Raspberry PI. Установка и использование

Другое

Эмуляция Windows XP на Windows 7, 8, 10: пошаговая инструкция

Другое

Язык программирования Brainfuck: определение и область применения

Выполнение команды в микропроцессоре

Работа МП состоитиз следующих шагов:

1) извлекается команда,

2) логические схемы устройства управления команду декодируют,

3) осуществляется выполнение заданной операции.

Реализация команды состоит из двух этапов (фаз):

1. Выборка команды (осуществляется ее загрузка в регистр команд).

2. Выполнение выбранной команды (осуществляется декодирование команды и формирование управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение требуемой операции).

Интервал времени, в течение которого извлекается из памяти и выполняется одна команда, принято называть

циклом выполнения командыМП.

Длительность циклавыполнения команды неодинакова. Она зависит от типа команды, ее длины и используемого способа адресации. Длительность цикла выполнения команды в МП принято измерять в количестве машинных циклов (МЦ). Машинный цикл МП– это интервал времени, в течение которого происходит одно обращение к памяти за операндом или командой или выполнение «короткой» операции. Количество МЦ как на этапе выборки, так и на этапе выполнения команды зависит от типа команды, ее длины и способа адресации.

Однобайтовые команды с неявной адресацией имеют самый короткий цикл выполнения – всего два машинных цикла: МЦ выборки команды и МЦ ее выполнения. Они характеризуются наименьшим временем выполнения.

Команды с непосредственной адресацией этапа выборки команды выполняются за один МЦ, а этап выполнения зависит от длины команды.

Так, для двухбайтовой команды этап выполнения может составлять либо один, либо два МЦ, для трехбайтовой команды – как правило, два МЦ.

Например, цикл выполнения двухбайтовой команды с мнемокодом LDA A ЗАГРУЗКА РЕГИСТРА НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ (рис. 4.11) занимает два МЦ: в первом МЦ выбирается один байт команды с мнемокодом LDA A, во втором – данные, содержащиеся во втором байте команды, выбираются из памяти и загружаются в аккумулятор. В то же время выполнение двухбайтовой команды с непосредственной адресацией ADD I – СЛОЖЕНИЕ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ ДАННЫМИ требует реализации одного машинного цикла на этапе выборки команды и двух машинных циклов на этапе выполнения.

LDAA		ADDI	ADDM	1 байт 2 байта 3 байта
Данные	Данные	Ст. байт адреса
		Мл. байт адреса
а)	б)	в)

Рис. 11. Цикл выполнения двухбайтной команды

Реализация первого машинного цикла этапа выполнения позволяет выбрать данные, содержащиеся во втором байте команды, и загрузить их в буферный регистр АЛУ. Второй машинный цикл этапа выполнения команды необходим для реализации операции сложения в АЛУ.

Применение прямой адресациисвязано с использованием дополнительного, по сравнению с рассмотренными типами адресации, числа машинных циклов.

1. Сначала микропроцессору необходимо произвести выборку кода операции команды.

2. После его декодирования следует извлечь из памяти еще два байта, являющихся адресом местоположения данных в памяти.

Таким образом, этап выборки с прямой адресацией требует реализации трех машинных циклов. После извлечения из памяти кода операции и байтов адреса начинается этап выполнения команды, который, например для команды сложения, занимает два машинных цикла: один – для выборки числа из памяти, а другой – для выполнения операции сложения в АЛУ.

Например, цикл выполнения команды сложения с использованием прямой адресации ADD M – СЛОЖЕНИЕ С ПАМЯТЬЮ ПРЯМОЕ ( рис. 4.11 в). По этой команде содержимое ячейки памяти, адрес которой указан в команде, прибавляется к содержимому аккумулятора. Второй и третий байты команды составляют адрес области памяти, в которой хранится число. Результат (сумма) помещается в аккумулятор.

Цикл выполнения занимает пять машинных циклов, три из которых предназначены для извлечения трех байтов команды и размещения их соответственно в регистре команд и в регистре адреса памяти (в старшем и младшем байтах). Четвертый машинный цикл используется на этапе выполнения команды для извлечения числа из памяти и размещения его в буферном регистре. Пятый машинный цикл используется непосредственно для сложения содержимого аккумулятора и буферного регистра в АЛУ, для записи результата в аккумулятор и установления в соответствующее состояние разрядов регистра признаков.

Итак, время выполнения команд с прямой адресацией существенно больше времени выполнения команд с другими способами адресации. Поэтому прямую адресацию целесообразно использовать в том случае, если необходимо размещать данные в любой области памяти. При написании программ с целью уменьшения времени их реализации рекомендуется использовать как можно меньше команд с прямой адресацией.

В некоторых микропроцессорах используется прямая адресация, реализуемая за четыре машинных цикла. В таких случаях команда имеет длину два байта: один – для кода операции, другой – для адреса. Однобайтовый адрес не позволяет адресоваться ко всем ячейкам памяти емкостью 65 К слов, а только к первым 256 ячейкам памяти. Специальный код операции информирует устройство управления, что такая команда с прямой адресацией имеет однобайтовый адрес. Обычно отсчет этих адресов в памяти начинается с ячейки памяти, адрес которой равен 0. Диапазон значений, охватываемый такими однобайтовыми адресами, принято называть нулевой страницей памяти.

Преимущество команд с однобайтовыми адресами по сравнению с двухбайтовыми заключается в меньших затратах времени на выполнение таких команд, поскольку при этом сокращается один машинный цикл. Команды с однобайтовыми адресами целесообразно применять в тех случаях, когда требуется многократно обращаться к сравнительно небольшому количеству байтов данных, размещающихся в первых 256 ячейках памяти.

Вывод.

Наиболее эффективно применение однобайтовых команд с непосредственной адресацией. Команда –это совокупность сведений, используемых микропроцессором, которая предназначена для осуществления последовательности действий с целью выполнения требуемого задания (программы).

Заключение:

Командаэто совокупность сведений используемых микропроцессором которая предназначена для осуществления последовательности действий с целью выполнения требуемого задания (программы).

Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 2290; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Объяснение выполнения инструкций в микропроцессорах
Введение
В предыдущей статье мы обсуждали различные режимы адресации микропроцессора 8085. В этой статье давайте обсудим выполнение инструкции микропроцессором и то, как происходит поток данных из памяти в микропроцессор. Также узнайте, что такое код операции и какие единицы помогают в выполнении инструкции.
Выполнение инструкции
Инструкции, которые должны выполняться микропроцессором, сначала сохраняются в памяти процессора, а затем выполняются. Но процессор не выполняет инструкции напрямую. Он байт за байтом считывает инструкцию, а затем выполняет ее.
Прежде чем понять выполнение инструкций и поток данных, нам необходимо изучить новый термин, OPCODE.
Что такое код операции?
Код операции — это не что иное, как инструкция машинного языка, которая указывает микропроцессору, какую операцию следует выполнить с конкретными данными. Микропроцессор преобразует инструкцию в подходящий машинный язык, чтобы он мог понять операцию, которую необходимо выполнить, и выполнить ее.
Рассмотрим MVI A, 18H.
Когда указанная выше инструкция должна быть выполнена, микропроцессор получает код операции для MVI A и выполняет необходимую операцию над данными, в данном случае это 18H. Код операции для MVI A — 3EH. Таким образом, микропроцессор сначала считывает этот код операции из инструкции, а затем выполняет операцию, указанную кодом операции, над предоставленными данными.
Теперь предположим, что мы хотим сохранить указанную выше инструкцию по определенному адресу, скажем, 5500H. Мы знаем, что в процессоре 8085 в каждой адресной ячейке может храниться только один байт. Поэтому код операции 3EH сохраняется в ячейке 5500H, а данные 18H сохраняются в следующей ячейке 5501H.
Теперь для выполнения этой инструкции процессор должен отправить адрес в память для чтения. Затем активируется сигнал MEMR. Как только этот сигнал активирован, память помещает байт кода операции (3EH) на шину данных.
Вышеупомянутый процесс считается единым циклом и называется ЦИКЛ ВЫБОРКИ ОПКОДА. Период, в течение которого код операции извлекается из адреса на шину данных, называется циклом выборки кода операции.
Микропроцессор по умолчанию знает, что первым исполняемым байтом всегда является код операции. Внутренняя шина данных отправляет код операции на декодер инструкций. Декодер инструкций декодирует код операции и идентифицирует его как инструкцию MVI A. Как только эта информация получена, микропроцессор ищет данные, над которыми следует выполнить эту операцию.
Чтобы найти данные для выполнения операции, микропроцессор дает указание блоку синхронизации и управления сгенерировать соответствующий сигнал синхронизации для получения данных. В результате сигнала синхронизации счетчик программ увеличивается на 1. Таким образом, адресная шина перемещается с 5500H на 5501H. Теперь мы знаем, что данные 18H размещены на 5501H. Таким образом, когда адресная шина размещается на 5501H, она идентифицирует данные и активируется сигнал MEMR. После активации этого сигнала данные помещаются на внутреннюю адресную шину, а затем перемещаются в аккумулятор. Затем над данными 18H выполняется операция MVI A, и результат отправляется в соответствующие регистры.
Этот процесс размещения адреса и чтения данных рассматривается как один цикл, и этот цикл называется циклом чтения памяти. В общем случае эти циклы называются машинными циклами.
Таким образом, мы успешно обсудили поток данных из памяти в микропроцессор и то, как инструкция выполняется микропроцессором.
Ссылки:
Stokes, J. (2006) Внутри машины: иллюстрированное введение в микропроцессоры и компьютерную архитектуру . Сан-Франциско: No Starch Press
Какие шаги выполняет ЦП компьютера для выполнения инструкции? « Онлайн-заметки к занятиям
Перейти к содержимому
21 октября 2016 г. Один комментарий Архитектура микропроцессора и компьютера, примечания, рабочая процедура
Автор: Танмай Чакрабарти
Последнее обновление: 29 августа 2020 г., 01:30
ЦП (центральный процессор):
ЦП или центральный процессор в компьютере — это электронная схема, которая выполняет инструкции, заданные компьютерной программой. ЦП в компьютере выполняет инструкции, выполняя основные арифметические, логические, управляющие операции и операции ввода-вывода в соответствии с требованиями инструкции. ЦП в компьютере считается мозгом компьютера. Скорость и эффективность компьютера в основном зависят от его процессора.
Рекомендуемая литература:
1. Что такое процессор? Каковы функции ЦП?
2. Напишите принципы работы микропроцессора 8086.
ЦП компьютера может выполнять только инструкции на нем. Но поскольку программа может быть очень большой, ЦП загружает программу в основную память (ОЗУ), а затем извлекает инструкции одну за другой из памяти в регистры ЦП и выполняет их.
Скучно с текстом? Вместо этого посмотрите видео.

Шаги при выполнении инструкции ЦП:
Шесть шагов участвуют в выполнении инструкции ЦП. Однако не все из них требуются для всех инструкций.
Инструкция выборки
Информация о декодировании
Выполнить операцию АЛУ
Доступ к памяти
Обновление регистрового файла
Обновление счетчика программ (ПК)
Шаг 1: выборка инструкции
Цикл выполнения начинается с выборки инструкции из основной памяти. Команда на текущем программном счетчике (PC) будет выбрана и сохранена в регистре инструкций (IR).
Шаг 2: Инструкция декодирования
Во время этого цикла закодированная инструкция, присутствующая в IR (регистре инструкций), интерпретируется декодером.
Шаг 3: Выполните операцию АЛУ
АЛУ (арифметико-логическое устройство) — это место, где два операнда в инструкции будут работать с данным оператором в инструкциях. Например, если в инструкции было сложение двух чисел, то здесь сложение произойдет. ALU принимает два значения и выводит одно, результат операции.
Шаг 4: Доступ к памяти
Есть только два типа инструкций, которые обращаются к памяти: ЗАГРУЗИТЬ и СОХРАНИТЬ. LOAD копирует значение из памяти в регистр, а STORE копирует значение регистра в память. Любая другая инструкция пропускает этот шаг.
Шаг 5: Обновление регистрового файла
На этом шаге вывод/результат АЛУ записывается обратно в регистровый файл для обновления регистрового файла. Результат также может быть связан с ЗАГРУЗКОЙ из памяти. Некоторые инструкции не имеют результатов для сохранения. Например, инструкции BRANCH и JUMP не имеют результатов для сохранения.
Шаг 6: Обновить ПК (счетчик программ)
В конечном счете, в конце выполнения текущей инструкции нам нужно обновить счетчик программ (ПК) на адрес следующей инструкции, чтобы мы могли перейти вернуться к шагу 1, где ЦП будет получать инструкции. Тем не менее, счетчик программ может потребоваться установить на другой адрес памяти, чем следующий, если инструкция была BRANCH или JUMP
Бесплатный редактор PHP, HTML, CSS, JavaScript — CodeLobster IDE
бд33е453
Звуковые панели Фабричный офис Система звукопоглощения Звуковые панели из древесной шерсти
Что такое база данных? Каковы 12 преимуществ использования базы данных?
Каковы преимущества и недостатки оптического волокна?
Что такое оптическое волокно? Кратко опишите структуру оптического волокна. Каковы характеристики оптического волокна?
Каковы особенности языка программирования Си?
Каковы 10 характеристик компьютера? (28 024)
5 компонентов сети передачи данных (23 210)
5 ключевых функций операционной системы (20 007)
Какие шаги выполняет ЦП компьютера для выполнения инструкции? (19 912)
10 характеристик компьютеров первого (1-го) поколения (17 358)
Напишите краткие заметки о регистрах общего назначения (AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI) и ALU в микропроцессоре Intel 8086 (13 001)
Что такое зонтичная деятельность в программной инженерии? (12 662)
9 Характеристики компьютеров пятого (5-го) поколения (10 329)
Что такое блок управления? Каковы функции блока управления? (10 162)
4 основные характеристики системы передачи данных (9 950)
Октябрь 2022 (2)
Сентябрь 2022 (7)
июнь 2021 (2)
июль 2020 (1)
июнь 2020 (3)
июль 2019 (4)
Май 2019 (1)
Апрель 2019 (1)
Январь 2019 (1)
Сентябрь 2018 (1)
август 2018 г.