Ќазаќстан республикасыныѕ єылым жјне білім министрлігі

№1 дәріс конспектісі. Тақырып: Кіріспе. Микропроцессорлер мен микрокомпьютерлер.

1. Микропроцессорлық жүйенің типтік құрылымы.

1.1 Жады.

1.2 Арифметикалық құрылғылар.

1.3 Басқару құрылғылары.

1.4 Енгізу-шығару құрылғылары.

1.5 Шиналар.

Электр құрылғыларының функцияналдық мүмкіндіктерін кеңейтуге және оның сандық және сапалық көрсеткіштерінің жақсартуы 10-15-тен, 25-100-ге дейінгі тізбектік элементтерінен тұратын интегралды микросхема пайда болуымен байланысты. Микроэлектрониканың одан әрі дамуы 1000 және 10000-ға дейінгі компоненттерден тұратын үлкен интегралды схемаларды құрастыруға бағытталған. Жартылай өткізгіш кристалындағы компоненттердің санын N, микросхемалар интеграциялану дәрежесін k көрсетеді. Оны келесі формуласымен анықтайды.

Осы формула негізінде интеграцияланудың бірінші дәрежесі ретінде 10 компонентке дейінгі микросхемалар.

Екіншіге 11-100-ге дейін;

Үшіншіге 101-1000-ға дейінгі және тағы басқалары қабылданған.

Үлкен интегралды схеманың пайда болуы интегралды компоненттерін электр құрылғылар өндірісімен нақты бірігуі басталды. Үлкен интегралды схема сандық құрылғының, есептегіш тіркеуші дешифраторлар тағы бсқа құрылғыларының бірқатар типтік түйіндерімен тізбектерін көрсетеді. Олардың негізінде блоктар және де бүтіндей электронды құрылғылар іске асырылады.

Микропроцессор (МП) – үлкен интегралды тізбек технологиясы негізінде жасалған программаланатын саналық құрылғы.

МП құрылымында үлкен иірімділік орнатылған. Өздігімен ол қандай да бір нақты мәселені шеше алмайды. Мәселені шешу үшін оны бағдарламалап басқа құрылғылармен байланыстыру керек. Оның құрамына негізінен есте сақтау және енгізу-шығару құрылғылар кіреді.

Микрокомпьютер немесе микропроцессорлық жүйе деген, ол жалпы алғанда қандай да бір нақты қызметті атқаруға көзделген бір-бірімен байланысты МП, есте сақтау, енгізу-шығару жүйелік құрылғылардың үйлесімділігі. Микрокомпьютер қарапайым электронды есептеу машина (ЭЕМ) қасиеттеріне жақын болуымен, олардың басты айырмашылығы оның құнының арзандылығы және өте кішкене өлшемі. Осыған байланысты олар кең қолданылуда.

Микропроцессорлық жүйенің типтік құрылымы.

Құрамына 5 функцияналды блок кіреді:

1. Енгізу құрылғысы.

2. Есте сақтау құрылғысы.

3. Арифметикалық құрылғы.

4. Басқару құрылғысы.

5. Шығару құрылғысы.

Құрылғы – ол микрокомпьютерді құраушы тізбектік және физикалық компоненттері (hard ware). Құрылғы қандай бір шектеулі қарапайым операцияларды ғана атқара алады. Микрокомпьютердің барлық басқа басқару функцияналдық мүмкіндіктеріне бағдарламалық жолмен қол жеткіземіз.

- ақпараттық сигналдар;

- басқару және адресациялық сигналдар.
1-сурет Микрокомпьютердің типтік құрылымы
Енгізу құрылғысы арқылы түсетін бағдарлама мен мәліметтер алғашында жадыда жинақталады. Кейін бағдарлама командалары бірінен кейін бірі оларды анықтап орындайтын басқару құрылғысына (БҚ) келіп түседі.

Операцияның орындалуы үшін олар мәліметтердің өңделуіне қажет болатын тізбектері бар арифметикалық құрылғыға (АҚ) түсуі керек.

Есептеу процесінде немесе олардың аяқталуында алынған нәтижелер шығару құрылғысына бағытталады.

АҚ және БҚ негізінен орталық процессорлық құрылғы (ОПҚ) немесе орталық процессорлық (ОП) деп аталады.

Микропроцессорлық жүйедегі ОП, бұл МП.

Жады.

Адрес – ол бүтін сан, сол ұяшыққа ғана тең. Ұяшықта сақталған сөз – ұяшық мазмұны деп аталады. Мәліметтер сияқты бағдарламаларда есте сақтау құрылғыларда сақталады. Осы басты жағдай компьютер жоспарының екі негізгі концепциясына әкеледі.

Компьютерлерде екі бөлек айқын айырмашылықтар бар есте сақтау түрі бар.

Бірінші бағдарлама есте сақтау түрінде сақталса (ЗУП – бағдарламаны есте сақтау құрылғысы), ал мәліметтер екінші есте сақтау түрінде сақталады (ЗУД – мәліметтерді есте сақтау құрылғысы).

Бағдарламалық және мәліметтік есте сақтау арасында айырмашылық жүргізілмейді. Онда бағдарлама жалпы есте сақтау құрылғысының кез-келген жерінде орналасады. Программисттің міндеті бағдарламамен мәліметтердің әртүрлі өңделуін байқап отыру. Екінші концепцияның артықшылығы – бағдарламаны мәлімет ретінде оқуға болатындығы, бұл компьютердің өзінің командаларын өзгерте алатындығы. Екінші жағдайда да екі түрлі есте сақтау мүмкін. Тек оқи алатын есте сақтау құрылғысы (ROM – read only memory (ПЗУ)) немесе тұрақты есте сақтау құрылғысы. Оқитын және жазатын есте сақтау құрылғысы (RWM – read-write memory), (RAM – random access memory (ОЗУ)).

Тұрақты есте сақтау құрылғысындағы ақпаратты өзгерту өте қиын немесе мүлде мүмкін емес. Бұл есте сақтау құрылғысының құны өте төмен және онда бағдарламамен тұрақты мәліметтер сақталады. Өзгеретін ақпарат – жедел есте сақтау құрылғысында сақталады.

Арифметикалық құрылғы.

Мәліметтерді өңдей отырып, қосу, оқу, салыстыру И, ИЛИ операцияларын екі сан арасында атқарады және нәтижесін бір жерден шығарады.

Арифметикалық құрылғылардағы (АҚ) басты регистр аккумулятор деп аталады. Онда операцияны орындау алдында операнттардың бірі орналасады. Нәтижесі де сонда орналастырылады.

АҚ – қосымша жұмыс атқаратын регистрден тұрады. Олар бағдарламаны құрайды жеңілдетеді. АҚ – сонымен қатар белгілік биттерден немесе жолаулардан тұрады. Бұл биттер (8 бит – 1 байт).

Микропроцессорлық жағдайын анықтайтын ақпаратты сақтайды. Ол есептеудің келесі жолын таңдауда маңызды роль атқарады.

Басқару құрылғысы.

Басқару құрылғысы (БҚ) – компьютер жұмысын басқарады. Ол автоматты түрде тізбектей бір-бірден командаларды қабылдап, өңдеп әрқайсысын орындауға қажетті сигналды генерациялайды. Есте сақтау құрылғысынан команданы алу үшін БҚ ең бірінші олардың адресін білуі керек.

Командалар есте сақтау ұяшықтарының құрылғысынан таңдап алынады және олардың адресі басқару құрылғасының программалық есептеуішпен белгіленеді. Команданы өңдеп оны іске асыруға мүмкіндік алу үшін оны қандай да бір жерде сақтау керек. Осы мақсатта БҚ-да командалар регистрі пайдаланылады.

БҚ-да дұрыс интерпретация үшін командалардың қандай да бір құрылымы болуы керек. Ол командалар форматы деп аталады. Әртүрлі МП-да командалар форматы әртүрлі.

БҚ-ң келесі қызметі әртүрлі блоктардың жұмысын синхронизациялау. Ол тактті импульс генераторы көмегімен іске асырылады. Команданы өңдеу такттық генератордың бірнеше периодын алады.

Команданы есте сақтау құрылғысынан таңдап алып өңдеп іске асыру қажет. Таңдау, өңдеу және орындау бірнеше уақыттық аралықтарға таралады. Әрбір осы аралық такттық генератордың бір немесе бірнеше периодынан тұрады, ол машиналық цикл ретінде ұсынылады. Бір команданы орындау қажетті уақыт (таңдау, өңдеу, орындау) командалық циклді құрайды.

Енгізу-шығару құрылғылары.

Компьютердің сыртқы құрылғылармен байланыс қызметін атқаратын құрылғылар ақпараттарды компьютер тілімен және ол жұмыс істейтін жылдамдықтан өңдеп адамның немесе компьютермен байланысты жүйе қабылдауына мүмкін болатындай қылып өзгертеді.

Енгізу-шығару құрылғы (ЕШҚ) – машинаның перифириялық құрылғысы болып саналады.

ЕШ-мен МП арасындағы байланыс нүктесі енгізу-шығару порты деп аталады.

Порттардың өзінің адресі бар. Сондықтан МП-ға бірнеше ЕШҚ-ды тіркеуі мүмкін.

Шиналар.

Микрокомпьютердің блоктары бір-бірімен шиналар арқылы байланысқан. Шина – ол желілер қосындысы. Шиналар бойынша ақпараттар көздерден қабылдағыштарға беріледі. Шиналар – ақпарат берілетін желілер үйлесімділігі. Адрестік шиналар, мәліметтер шиналар және басқару шиналары болуы мүмкін.

МП-ң жалпы құрылымы:

адрестік шина – бір бағытты (МП-дан жадыға, ЕШҚ-ға);

мәліметтік шина – екі бағытты;

басқару шинасында екі түрлі желілер болуы мүмкін (біріншісі – бір бағытты, екіншісі – екі бағытты).