МПЖ-рдің жалпы сұлбасы

Микропроцессор - кез келген микропроцессорлық жүйенің орталық бөлігі болып табылады, оның құрамына командалық циклды іске асыратын арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ) және орталық басқару құрылғысы (ОБҚ) кіреді. Микропроцессор құрамында МП, жады және енгізу-шығару құрылғылары, қосымша сұлбалар (тактілік генератор, үзу контроллерлері және шиналық қалыптастырғыштар, регистрлер және т.б.) кіретін микропроцессорлық жүйе ішінде ғана жұмыс істей алады.

Кез келген микропроцессорлық жүйеде келесідей негізгі бөліктерді (ішкі жүйелерді) ерекшелеуге болады:

- процессорлық модуль;

- жады;

- сыртқы құрылғылар (сыртқы жадылар+енгізу/шығару құрылғылары);

- үзу ішкіжүйесі;

- жадыға тура қатынас құру ішкіжүйесі.

Процессор мен микропроцессорлық жүйелер арасындағы байланыс радиалды байланыс принципі бойынша, ортақ шиналы немесе аралас болуы мүмкін. Бірпроцессорлық МПЖ-рде, әсіресе 8-, 16-разрядтық жүйелерде «Ортақ шиналы» байланыс принципі кеңінен таралған. Мұндай жағдайда барлық құрылғылар интерфейске бірдей жолмен қосылады (11.1-сурет).

Cурет-11.1. «Ортақ шиналы» интерфейсті МПЖ құрылымы

Интерфейстің барлық сигналдары үш топқа бөлінеді: деректер, адрестер және басқару. Көптеген түрлері бар «Ортақ шина» интерфейсінде тасымалдау бөлек немесе мультиплексирленген желі (шина) бойынша іске асырылуы мүмкін. Мысалы, Microbus интерфейсімен жұмыс істейтін i8080 базасындағы 8-разрядты МПЖ-рдің көбісі адресті және деректерді бөлек шиналармен жібереді, бірақ басқарушы сигналдар деректер шинасымен жіберіледі. DEC фирмасының микро-ЭВМ-дері қолданылатын Q-bus интерфейсінің (ресейлік аналогы- K1801 сериялы микропроцессорлар) адрестер/деректередің мультиплексті шинасы бар, олар арқылы ақпарат уақыт бөліктерімен тасымалданады.

Интерфейс бойынша ақпарат алмасу екі құрылғы арасында іске асырылады, олардың біреуі активті болса, екіншісі пассивті болады. Активті құрылғы пассивті құрылғылардың және басқарушы сигналдардың адрестерін қалыптастырады. Активті құрылғы ретінде, әдетте процессор, ал пассивті құрылғы ретінде - әрқашан жады және кейбір сыртқы құрылғылар болып табылады. Алайда, кейде, жо,ары жылдамдықты сыртқы құрылғылар интерфейсте жадыны басқара отырып активті құрылғы бола алады (жадыға тұра қатынас құру режимі).

«Ортақ шиналы» концепциясы МПЖ-ң барлық құрылғыларына қатынас құру бір ортақ адрестік кеңістікте іске асыруды білдіреді, алайда, адрестелетін объектілердің санын кеңейту мақсатында кейбір жүйелерде аталған кеңістікті жасанды түрде жадыға және сыртқы құрылғыларға бөледі, кейде тіпті программалар жадысына және деректер жадысына деп бөледі.

Процессор компьютердің қуатын анықтайтын негізгі есептеу блогы болып табылады. Процессор программист ойлап тапқан және программалық кодалар модулі түрінде жазылған командалар тізбегін – программаны орындайтын құрылғы. Процессордың қалай жұмыс істейтінін білу үшін оны IBM PC үйлесімді компьютерлерінің компоненттер жүйесінің құрамында қарастырайық.

Танымал IBM PC үйлесімді компьютерлері есептеу машиналарының фон-Неймандық архитектурасын бейнелейді. Бұл архитектураны 1945 жылы Джон фон-Нейман ұсынған болатын. Ол ектуралы машина келесі бөліктерден тұрады:

- басқару блогы;

- арифметикалық логикалық құрылғы (АЛҚ);

- жады;

- енгізу/шығару құрылғылары.

Бұл архитектурада программалар мен деректер бір жадыда сақталынады.

Cурет-11.2. фон-Нейман архитектурасы

Егер жадыны программалар жадысына және деректер жадысына бөлсек, онда Гарвардтық архитектураны аламыз.

Cурет-11.3. Гарвардтық архитектура

Орындалатын әрекеттер басқару блогымен және арифметикалық логикалық құрылғымен анықталынады, бұл екі құрылғы бірігіп орталық процессордың негізін құрайды. Орталық процессор жадыдан командаларды таңдап, оларды тізбектеп орындайды, кезекті команданың адресі басқару блогындағы «адрес санағышымен» беріледі. Программада жұмыс кезінде қолданатын деректер құрамында айнымалылар – жады аймақтары болуы мүмкін.

Фон-Неймандық архиектура ЭЕМ құрастырудағы жалғыз архъитектура емес, дегенмен заманауи компьютерлердің көбісі осы архитектураға негізделген.

Үзу – заманауи архитектуралардың фон-Нейман машинелерінен ерекшеленетін бірінші айырмашылығы. Үзу жұмысы – үзу сигналы келгенде процессор ағымды программаның орындалуын тоқтату және үзу процедурасын өңдеуді бастау.

Cурет-11.4. Үзуі бар фон-Нейман архитектурасы

Жадыға тура қатынас құру - заманауи архитектуралардың фон-Нейман машинелерінен ерекшеленетін екінші айырмашылығы. Жадыға тура қатынас құру ақпарат бірлігін тасымалдаудағы шығындарды азайтуға мүмкіндік береді.

Cурет-11.5. Жадыға тура қатынас құруы бар фон-Нейман архитектурасы