Ubinadamu umetoka mbali kuelekea uundaji wa kompyuta, bila ambayo haiwezekani kufikiria jamii ya kisasa yenye nyanja zote za maisha yake katika nyanja za tasnia, uchumi wa kitaifa na vifaa vya nyumbani. Lakini hata leo, maendeleo hayasimama, kufungua aina mpya za kompyuta. Katikati ya maendeleo ya teknolojia kwa miongo kadhaa sasa ni muundo wa microprocessor (MP), ambayo inaboreshwa katika vigezo vyake vya utendakazi na muundo.
dhana ya Microprocessor
Kwa ujumla, dhana ya kichakataji kidogo huwasilishwa kama kifaa au mfumo unaodhibitiwa na programu kulingana na sakiti kubwa iliyounganishwa (LSI). Kwa msaada wa Mbunge, shughuli za usindikaji wa data au usimamizi wa mifumo ambayo mchakato wa habari unafanywa. Katika hatua za kwanzaUkuzaji wa mbunge ulitokana na vijisehemu vidogo vilivyo na kazi ya chini, ambapo transistors zilikuwepo kwa wingi kutoka chache hadi mamia. Muundo rahisi zaidi wa kawaida wa microprocessor unaweza kuwa na kikundi cha microcircuti na vigezo vya kawaida vya umeme, kimuundo na umeme. Mifumo hiyo inaitwa kuweka microprocessor. Pamoja na Mbunge, mfumo mmoja unaweza pia kujumuisha vifaa vya kumbukumbu vya ufikiaji wa kudumu na wa nasibu, pamoja na vidhibiti na miingiliano ya kuunganisha vifaa vya nje - tena, kupitia mawasiliano yanayolingana. Kama matokeo ya ukuzaji wa dhana ya vidhibiti vidogo, kifurushi cha microprocessor kiliongezewa vifaa ngumu zaidi vya huduma, rejista, viendesha basi, vipima muda, n.k.
Leo, kichakataji kidogo kinazingatiwa kidogo kama kifaa tofauti katika muktadha wa matumizi ya vitendo. Muundo wa kazi na kanuni ya uendeshaji wa microprocessor tayari katika hatua za kubuni huongozwa na matumizi kama sehemu ya kifaa cha kompyuta iliyoundwa kufanya idadi ya kazi zinazohusiana na usindikaji na usimamizi wa habari. Kiungo muhimu katika michakato ya kuandaa uendeshaji wa kifaa cha microprocessor ni mtawala, ambayo hudumisha usanidi wa udhibiti na njia za mwingiliano kati ya msingi wa kompyuta wa mfumo na vifaa vya nje. Kichakataji kilichojumuishwa kinaweza kuzingatiwa kama kiunga cha kati kati ya kidhibiti na kichakataji kidogo. Utendaji wake unalenga katika kutatua kazi za msaidizi ambazo hazihusiani moja kwa moja na madhumuni ya MT kuu. Hasa, hizi zinaweza kuwa vitendaji vya mtandao na mawasiliano vinavyohakikisha utendakazi wa kifaa cha kichakataji kidogo.
Ainisho za vichakataji vidogo
Hata katika usanidi rahisi zaidi, Wabunge wana vigezo vingi vya kiufundi na kiutendaji ambavyo vinaweza kutumika kuweka vipengele vya uainishaji. Ili kuhalalisha viwango kuu vya uainishaji, mifumo mitatu ya kazi kawaida hutofautishwa - uendeshaji, kiolesura na udhibiti. Kila moja ya sehemu hizi zinazofanya kazi pia hutoa idadi ya vigezo na vipengele bainishi vinavyobainisha hali ya uendeshaji wa kifaa.
Kwa mtazamo wa muundo wa kawaida wa vichakataji vidogo, uainishaji utagawanya vifaa katika miundo ya chipu nyingi na chipu moja. Ya kwanza ina sifa ya ukweli kwamba vitengo vyao vya kufanya kazi vinaweza kufanya kazi nje ya mtandao na kutekeleza amri zilizoamuliwa mapema. Na katika mfano huu, Wabunge watatamkwa, ambapo msisitizo ni juu ya kazi ya uendeshaji. Wasindikaji vile wanazingatia usindikaji wa data. Katika kundi moja, kwa mfano, microprocessors tatu-chip inaweza kuwa udhibiti na interface. Hii haimaanishi kuwa hazina utendakazi, lakini kwa madhumuni ya uboreshaji, rasilimali nyingi za mawasiliano na nishati zimetengwa kwa ajili ya kazi za kuzalisha maelekezo madogo au uwezo wa kuingiliana na mifumo ya pembeni.
Kwa Wabunge wa chipu-moja, wameundwa kwa seti isiyobadilika ya maagizo na uwekaji wa maunzi yote.kwenye msingi mmoja. Kwa upande wa utendakazi, muundo wa kichakataji-chip moja ni mdogo sana, ingawa ni wa kutegemewa zaidi kuliko usanidi wa sehemu za analogi za chipu nyingi.
Uainishaji mwingine muhimu unarejelea muundo wa kiolesura cha vichakataji vidogo. Tunazungumzia kuhusu njia za usindikaji ishara za pembejeo, ambazo leo zinaendelea kugawanywa katika digital na analog. Ingawa wasindikaji wenyewe ni vifaa vya dijiti, katika hali zingine utumiaji wa mitiririko ya analogi hujihalalisha kwa suala la bei na kuegemea. Kwa uongofu, hata hivyo, waongofu maalum lazima kutumika, ambayo huchangia mzigo wa nishati na ukamilifu wa muundo wa jukwaa la kazi. Wabunge wa Analogi (kawaida-chip moja) hufanya kazi za mifumo ya kawaida ya analogi - kwa mfano, hutoa moduli, hutoa oscillations, encode na kusimbua mawimbi.
Kulingana na kanuni ya mpangilio wa muda wa utendakazi wa mbunge, zimegawanywa katika synchronous na asynchronous. Tofauti iko katika asili ya ishara ili kuanza operesheni mpya. Kwa mfano, katika kesi ya kifaa cha synchronous, amri hizo hutolewa na modules za udhibiti, bila kujali utekelezaji wa shughuli za sasa. Katika kesi ya wabunge wa asynchronous, ishara sawa inaweza kutolewa moja kwa moja baada ya kukamilika kwa operesheni ya awali. Kwa kufanya hivyo, mzunguko wa umeme hutolewa katika muundo wa mantiki wa microprocessor ya aina ya asynchronous, ambayo inahakikisha uendeshaji wa vipengele vya mtu binafsi katika hali ya nje ya mtandao, ikiwa ni lazima. Ugumu wa utekelezaji wa njia hii ya kuandaa kazi ya mbunge ni kutokana na ukweli kwambakila wakati wakati wa kukamilika kwa operesheni moja kuna rasilimali za kutosha za kuanza inayofuata. Kumbukumbu ya kichakataji kwa kawaida hutumiwa kama kiungo cha kuweka kipaumbele katika chaguo la utendakazi unaofuata.
Microprocessors kwa madhumuni ya jumla na maalum
Upeo mkuu wa Mbunge wa madhumuni ya jumla ni vituo vya kazi, kompyuta za kibinafsi, seva na vifaa vya kielektroniki vinavyokusudiwa kutumiwa kwa wingi. Miundombinu yao ya kazi inalenga kufanya kazi mbalimbali zinazohusiana na usindikaji wa habari. Vifaa kama hivyo vinatengenezwa na SPARC, Intel, Motorola, IBM na vingine.
Vichakataji vidogo maalum, sifa na muundo ambao unatokana na vidhibiti vyenye nguvu, hutekeleza taratibu changamano za kuchakata na kubadilisha mawimbi ya dijitali na analogi. Hii ni sehemu tofauti sana yenye maelfu ya aina za usanidi. Upekee wa muundo wa Mbunge wa aina hii ni pamoja na matumizi ya fuwele moja kama msingi wa processor ya kati, ambayo, kwa upande wake, inaweza kuunganishwa na idadi kubwa ya vifaa vya pembeni. Miongoni mwao ni njia za pembejeo / pato, vitalu na timers, interfaces, converters analog-to-digital. Pia huzoezwa kuunganisha vifaa maalum kama vile vizuizi vya kutengeneza mawimbi ya upana wa mpigo. Kutokana na matumizi ya kumbukumbu ya ndani, mifumo hiyo ina idadi ndogo ya vipengele vya msaidizi vinavyounga mkono uendeshajikidhibiti kidogo.
Vipimo vya Microprocessor
Vigezo vya uendeshaji hufafanua anuwai ya majukumu ya kifaa na seti ya vipengee ambavyo, kimsingi, vinaweza kutumika katika muundo mahususi wa kichakataji kidogo. Sifa kuu za mbunge zinaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo:
- Marudio ya saa. Inaonyesha idadi ya shughuli za kimsingi ambazo mfumo unaweza kufanya katika sekunde 1. na inaonyeshwa kwa MHz. Licha ya tofauti za muundo, wabunge tofauti mara nyingi hufanya kazi zinazofanana, lakini katika kila kesi inahitaji wakati wa mtu binafsi, ambao unaonyeshwa kwa idadi ya mizunguko. Kadiri mbunge anavyokuwa na nguvu zaidi, ndivyo taratibu anavyoweza kutekeleza ndani ya kitengo cha wakati mmoja.
- Upana. Idadi ya bits ambazo kifaa kinaweza kutekeleza kwa wakati mmoja. Tenga upana wa basi, kiwango cha uhamishaji data, rejista za ndani, n.k.
- Kiasi cha kumbukumbu ya akiba. Hii ni kumbukumbu iliyojumuishwa katika muundo wa ndani wa microprocessor na daima inafanya kazi kwa masafa ya kuzuia. Katika uwakilishi halisi, hii ni fuwele iliyowekwa kwenye chipu kuu ya MP na kuunganishwa na msingi wa basi la microprocessor.
- Usanidi. Katika kesi hii, tunazungumzia kuhusu shirika la amri na njia za kushughulikia. Kwa mazoezi, aina ya usanidi inaweza kumaanisha uwezekano wa kuchanganya michakato ya kutekeleza amri kadhaa kwa wakati mmoja, njia na kanuni za uendeshaji wa Mbunge, na uwepo wa vifaa vya pembeni katika mfumo wa msingi wa microprocessor.
Usanifu wa Microprocessor
Kwa ujumla, Mbunge ni wa ulimwengu woteprocessor ya habari, lakini katika baadhi ya maeneo ya uendeshaji wake, usanidi maalum wa utekelezaji wa muundo wake mara nyingi huhitajika. Usanifu wa microprocessors huonyesha maalum ya matumizi ya mfano fulani, na kusababisha vipengele vya vifaa na programu zilizounganishwa kwenye mfumo. Hasa, tunaweza kuzungumza kuhusu viimilisho vilivyotolewa, rejista za programu, mbinu za kushughulikia na seti za maagizo.
Katika uwakilishi wa usanifu na vipengele vya utendakazi wa Mbunge, mara nyingi hutumia michoro ya kifaa na mwingiliano wa rejista za programu zinazopatikana ambazo zina maelezo ya udhibiti na uendeshaji (data iliyochakatwa). Kwa hiyo, katika mfano wa rejista kuna kikundi cha rejista za huduma, pamoja na makundi ya kuhifadhi uendeshaji wa madhumuni ya jumla. Kwa msingi huu, njia ya utekelezaji wa mipango, mpango wa shirika la kumbukumbu, hali ya uendeshaji na sifa za microprocessor imedhamiriwa. Muundo wa jumla wa mbunge, kwa mfano, unaweza kujumuisha kihesabu cha programu, pamoja na rejista za hali na udhibiti wa njia za uendeshaji wa mfumo. Mtiririko wa kazi wa kifaa katika muktadha wa usanidi wa usanifu unaweza kuwakilishwa kama kielelezo cha uhamishaji wa rejista, kutoa anwani, kuchagua operesheni na maagizo, kuhamisha matokeo, n.k. Utekelezaji wa maagizo tofauti, bila kujali ugawaji, utaathiri hali. sajili, yaliyomo ambayo yanaonyesha hali ya sasa ya kichakataji.
Maelezo ya jumla kuhusu muundo wa vichakataji vidogo
Katika kesi hii, muundo unapaswa kueleweka sio tu kama seti ya vipengele vya mfumo wa kufanya kazi, lakini pia.njia za uunganisho kati yao, pamoja na vifaa vinavyohakikisha mwingiliano wao. Kama ilivyo katika uainishaji wa kiutendaji, yaliyomo kwenye muundo yanaweza kuonyeshwa kupitia vipengele vitatu - maudhui ya uendeshaji, njia za mawasiliano na basi na miundombinu ya udhibiti.
Kifaa cha sehemu ya uendeshaji huamua asili ya usimbaji amri na uchakataji wa data. Ngumu hii inaweza kujumuisha vitalu vya kazi vya hesabu-mantiki, pamoja na vipinga vya uhifadhi wa muda wa habari, ikiwa ni pamoja na taarifa kuhusu hali ya microprocessor. Muundo wa mantiki hutoa matumizi ya vipinga 16-bit ambavyo hufanya sio tu taratibu za kimantiki na za hesabu, lakini pia shughuli za kuhama. Kazi ya rejista inaweza kupangwa kulingana na mipango tofauti, ambayo huamua, kati ya mambo mengine, upatikanaji wao kwa programu. Rejista tofauti imehifadhiwa kwa ajili ya kitendakazi cha pakiti cha betri.
Waunganishaji wa basi wanawajibikia miunganisho ya vifaa vya pembeni. Aina mbalimbali za kazi zao pia ni pamoja na kuleta data kutoka kwa kumbukumbu na kuunda foleni ya amri. Muundo wa kawaida wa kichakataji mikrosi ni pamoja na kiashirio cha amri ya IP, viambajengo vya anwani, rejista za sehemu na vihifadhi, ambapo viungo vilivyo na mabasi ya anwani huhudumiwa.
Kifaa cha kudhibiti, kwa upande wake, huzalisha mawimbi ya udhibiti, huondoa usimbaji fiche amri, na pia huhakikisha utendakazi wa mfumo wa kompyuta, kutoa amri ndogo kwa ajili ya uendeshaji wa ndani wa Mbunge.
Muundo wa Mbunge msingi
Muundo uliorahisishwa wa microprocessor hii hutoa vipengele viwili vya utendakazisehemu:
- Chumba cha upasuaji. Kitengo hiki kinajumuisha vifaa vya udhibiti na usindikaji wa data, pamoja na kumbukumbu ya microprocessor. Tofauti na usanidi kamili, muundo wa msingi wa microprocessor haujumuishi rejista za sehemu. Baadhi ya vifaa vya utekelezaji vimejumuishwa katika kitengo kimoja cha utendaji, jambo ambalo pia linasisitiza hali bora ya usanifu huu.
- Kiolesura. Kwa asili, njia ya kutoa mawasiliano na barabara kuu. Sehemu hii ina rejista za kumbukumbu za ndani na kiongeza anwani.
Kanuni ya kuzidisha mawimbi mara nyingi hutumika kwenye chaneli za nje za wabunge msingi. Hii ina maana kwamba uwekaji ishara unafanyika kupitia chaneli za kawaida za kushiriki wakati. Kwa kuongeza, kulingana na hali ya sasa ya uendeshaji ya mfumo, pato sawa linaweza kutumika kusambaza mawimbi kwa madhumuni tofauti.
muundo wa maelekezo ya Microprocessor
Muundo huu kwa kiasi kikubwa unategemea usanidi wa jumla na asili ya mwingiliano wa vizuizi vya utendaji vya Mbunge. Walakini, hata katika hatua ya muundo wa mfumo, watengenezaji huweka uwezekano wa kutumia safu fulani ya shughuli kulingana na ambayo seti ya amri huundwa baadaye. Vitendo vya kawaida vya amri ni pamoja na:
- Uhamisho wa data. Amri hufanya shughuli za kugawa maadili ya chanzo na uendeshaji wa marudio. Sajili au seli za kumbukumbu zinaweza kutumika kama za mwisho.
- Ingizo. KupitiaVifaa vya kiolesura cha I/O huhamisha data kwenye bandari. Kwa mujibu wa muundo wa microprocessor na mwingiliano wake na maunzi ya pembeni na vitengo vya ndani, amri huweka anwani za mlango.
- Aina ya ubadilishaji. Miundo na thamani za ukubwa wa operesheni zinazotumika hubainishwa.
- Kukatizwa. Maagizo ya aina hii yameundwa ili kudhibiti kukatizwa kwa programu - kwa mfano, inaweza kuwa kitendakazi cha kichakataji wakati vifaa vya I / O vinapoanza kufanya kazi.
- Mpangilio wa mizunguko. Maagizo hubadilisha thamani ya rejista ya ECX, ambayo inaweza kutumika kama kaunta wakati wa kutekeleza msimbo fulani wa programu.
Kama sheria, vizuizi huwekwa kwa amri za kimsingi zinazohusiana na uwezo wa kufanya kazi na kiasi fulani cha kumbukumbu, kudhibiti rejista na yaliyomo kwa wakati mmoja.
muundo wa usimamizi wa Mbunge
Mfumo wa udhibiti wa MP unatokana na kitengo cha udhibiti, ambacho kinahusishwa na sehemu kadhaa za utendaji:
- Kihisi mawimbi. Huamua mlolongo na vigezo vya mapigo, kwa kusambaza sawasawa kwa wakati kwenye mabasi. Miongoni mwa sifa za utendakazi wa vitambuzi ni idadi ya mizunguko na ishara za udhibiti zinazohitajika kufanya shughuli.
- Chanzo cha mawimbi. Moja ya kazi za kitengo cha udhibiti katika muundo wa microprocessor imepewa kizazi au usindikaji wa ishara - yaani, kubadili kwao ndani ya mzunguko maalum kwenye basi maalum.
- Kitengeneza msimbo wa uendeshaji. Hufanya usimbuaji wa misimbo ya uendeshaji iliyopo kwenye rejista ya maagizowakati huu. Pamoja na kubainisha basi linalotumika, utaratibu huu pia husaidia kuzalisha msururu wa mipigo ya kudhibiti.
Ya umuhimu mkubwa katika miundombinu ya udhibiti ni kifaa cha kuhifadhi cha kudumu ambacho ndani ya seli zake mawimbi yanayohitajika ili kutekeleza uchakataji. Kuhesabu amri wakati wa usindikaji wa data ya mapigo, kitengo cha kizazi cha anwani kinaweza kutumika - hii ni sehemu ya lazima ya muundo wa ndani wa microprocessor, ambayo imejumuishwa katika kitengo cha interface cha mfumo na inakuwezesha kusoma maelezo ya rejista za kumbukumbu. yenye mawimbi kamili.
Vipengee vya Microprocessor
Vifaa vingi vya utendakazi, pamoja na vifaa vya nje, hupangwa kati yake na Mbunge wa kati wa mzunguko mdogo kupitia basi la ndani. Inaweza kusema kuwa hii ni mtandao wa uti wa mgongo wa kifaa, kutoa kiunga cha mawasiliano kamili. Jambo jingine ni kwamba basi inaweza pia kuwa na vipengele vya madhumuni tofauti ya kazi - kwa mfano, nyaya za uhamisho wa data, mistari ya kuhamisha seli za kumbukumbu, pamoja na miundombinu ya kuandika na kusoma habari. Hali ya mwingiliano kati ya vitalu vya basi yenyewe imedhamiriwa na muundo wa microprocessor. Vifaa vilivyojumuishwa katika Mbunge, pamoja na basi, ni pamoja na yafuatayo:
- Kitengo cha mantiki ya Hesabu. Kama ilivyoelezwa tayari, sehemu hii imeundwa kufanya shughuli za kimantiki na za hesabu. Inafanya kazi na data ya nambari na herufi.
- Dhibiti kifaa. Kuwajibika kwauratibu katika mwingiliano wa sehemu tofauti za MT. Hasa, kizuizi hiki huzalisha mawimbi ya udhibiti, na kuzielekeza kwa moduli tofauti za kifaa cha mashine kwa wakati fulani.
- Kumbukumbu ya Microprocessor. Inatumika kurekodi, kuhifadhi na kutoa habari. Data inaweza kuhusishwa na utendakazi wa hesabu na michakato inayohudumia mashine.
- Kichakataji cha Hisabati. Inatumika kama sehemu ya usaidizi ili kuongeza kasi wakati wa kutekeleza utendakazi changamano wa kukokotoa.
Vipengele vya muundo wa kichakataji
Hata ndani ya mfumo wa kufanya shughuli za kawaida za hesabu na kimantiki, hakuna uwezo wa kutosha wa mbunge wa kawaida. Kwa mfano, microprocessor haina uwezo wa kutekeleza maagizo ya hesabu ya hatua inayoelea. Kwa kazi hizo, coprocessors hutumiwa, muundo ambao hutoa mchanganyiko wa processor ya kati na wabunge kadhaa. Wakati huo huo, mantiki ya uendeshaji wa kifaa yenyewe haina tofauti za kimsingi kutoka kwa sheria za msingi za kuunda miduara midogo ya hesabu.
Wachakataji hutekeleza amri za kawaida, lakini kwa mwingiliano wa karibu na sehemu kuu. Usanidi huu unachukua ufuatiliaji wa mara kwa mara wa foleni za amri kwenye mistari mingi. Katika muundo wa kimwili wa microprocessor ya aina hii, inaruhusiwa kutumia moduli ya kujitegemea kutoa pembejeo-pato, kipengele ambacho ni uwezo wa kuchagua amri zake. Walakini, ili mpango kama huo ufanye kazi kwa usahihi, wasindikaji lazima waeleze wazi chanzo cha uteuzi wa maagizo,kuratibu mwingiliano kati ya moduli.
Kanuni ya kujenga muundo wa jumla wa processor ndogo yenye usanidi uliounganishwa kwa nguvu pia inaunganishwa na dhana ya kifaa cha kuchakata. Ikiwa katika kesi ya awali tunaweza kuzungumza juu ya kizuizi cha I / O cha kujitegemea na uwezekano wa uteuzi wake wa amri, basi usanidi uliounganishwa sana unahusisha kuingizwa katika muundo wa processor huru ambayo inadhibiti mitiririko ya amri.
Hitimisho
Kanuni za uundaji wa processor ndogo zimefanyiwa mabadiliko machache tangu ujio wa vifaa vya kwanza vya kompyuta. Tabia, miundo na mahitaji ya usaidizi wa rasilimali yamebadilika, ambayo imebadilika sana kompyuta, lakini dhana ya jumla na sheria za msingi za kuandaa vitalu vya kazi kwa sehemu kubwa inabakia sawa. Walakini, mustakabali wa ukuzaji wa muundo wa microprocessor unaweza kuathiriwa na nanoteknolojia na ujio wa mifumo ya kompyuta ya quantum. Leo, maeneo hayo yanazingatiwa katika ngazi ya kinadharia, lakini makampuni makubwa yanafanya kazi kikamilifu juu ya matarajio ya matumizi ya vitendo ya nyaya mpya za mantiki kulingana na teknolojia za ubunifu. Kwa mfano, kama chaguo linalowezekana kwa maendeleo zaidi ya MT, utumiaji wa chembe za Masi na subatomic hazijatengwa, na mizunguko ya jadi ya umeme inaweza kutoa njia kwa mifumo ya mzunguko wa elektroni ulioelekezwa. Hii itafanya iwezekanavyo kuunda wasindikaji wa microscopic na usanifu mpya wa kimsingi, utendaji ambao utazidi mara nyingi zaidi ya leo. Mbunge.
