Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-3-014 Mikroprocesory OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-3-014

Mikroprocesory Integrace součástek a celých funkčních celků se projevila na zrychlení rozvoje výpočetní techniky. Zmenšily se rozměry, hmotnost, spotřeba a zvětšila se spolehlivost a užitná hodnota počítačů. Současné počítače si zachovávají vnitřní strukturu takovou, jak ji navrhl ve čtyřicátých letech minulého století americký matematik John von Neumann. Blokové schéma takového počítače je na obr. 1. Základní funkční celky jsou označeny čísly, jednoduché spojovací čáry se šipkami představují řídící signály, dvojité čáry pak představují data a instrukce.

Obr.1 Blokové schéma počítače podle koncepce Johna von Neumanna 1 - vstupní jednotka, 2 – řídící jednotka, 3 – aritmetickologická jednotka, 4 – operační paměť, 5 – výstupní jednotka, 6 – procesor, 7 – centrální jednotka

Mikroprocesory Vstupní jednotka slouží k zavádění dat a programu do počítače. Může to být klávesnice, disková paměť, paměť typu FLASH, CD ROM anebo DVD ROM atd. Řídící jednotka (řadič) řídí chod celého počítače podle instrukcí programu uložených v operační paměti. Aritmetickologická jednotka vykonává podle pokynů řídící jednotky aritmetické a logické operace s daty, které jsou uloženy v operační paměti.

Mikroprocesory Operační paměť je určena pro záznam vstupních a výstupních dat, mezivýsledků a instrukcí programu. Výstupní jednotka umožňuje zobrazení, případně záznam výsledků činnosti počítače. Mohou to být různé druhy zobrazovačů, monitory, tiskárny, plotry, disky aj.

Mikroprocesory Řídící a aritmetickologická jednotka se označuje jako základní jednotka počítače – procesor 6. Procesor 6 a operační paměť 4 se označují jako centrální jednotka počítače 7. Procesor realizovaný jako jeden integrovaný obvod (na jednom čipu) se nazývá mikroprocesor. Někdy se pojmem mikroprocesorové obvody označují všechny integrované obvody, jejichž funkční vlastnosti lze měnit vloženým programem. Dnešní procesory obsahují několik milionů tranzistorů a dalších součástek integrovaných na jednom čipu.

Mikroprocesory Procesory můžeme rozdělit podle jejich charakteristických vlastností. Podle instrukční sady: CISC – s úplnou instrukční sadou RISC – s redukovanou instrukční sadou Mikrořadiče – tzv. jednočipové mikroprocesory, používané v jednoúčelových aplikacích

Mikroprocesory Podle šířky slova – udává počet bitů, které procesor umí zpracovat najednou. Bývá 8, 16, 32, 64, a dnes už i 128 bitů. Podle schopnosti adresovat určitou velikost operační paměti – a tak vlastně řídit chod programu. Tato vlastnost se udává délkou adresy v bitech a bývá 16, 24, 32, 64 a dnes už i více bitů. Mikroprocesor není schopen samostatné činnosti. Pro použití v mikropočítači musí být doplněn dalšími obvody. Blokové schéma mikropočítače je na obr.2.

Obr. 2 Blokové schéma mikropočítače 1 - mikroprocesor, 2 – obvody připojení vstupních a výstupních jednotek (interface) 3 – vstupní jednotky, 4 – výstupní jednotky AS – adresová sběrnice, DS – datová sběrnice, RS – řídící sběrnice, SS – systémová sběrnice

Mikroprocesory Vzájemnou komunikaci mezi jednotlivými bloky mikropočítače umožňuje několikanásobné vedení, které se nazývá systémová sběrnice – SS. Ta je tvořena dílčími sběrnicemi, a to: adresovou sběrnicí – AS, datovou sběrnicí – DS a řídící sběrnicí – RS.

Mikroprocesory Adresová sběrnice je tvořena soustavou vodičů (16, 32 a dnes i více) a je jednosměrná. Umožňuje přenos informací z procesoru do ostatních bloků počítače. Datová sběrnice je tvořena též soustavou vodičů (8, 16, 32, 64 a dnes i více) a je obousměrná. Umožňuje přenos informací oběma směry – z i do procesoru. Řídící sběrnice může mít různý počet vodičů. Je také obousměrná a zajišťuje přenos potřebných řídících signálů.

Mikroprocesory Při komunikaci prostřednictvím systémové sběrnice může být aktivní současně pouze jeden z připojených funkčních bloků. Obsah sběrnice dat je při komunikaci přenášen na místo určené sběrnicí adres. Řídícími signály je určován směr přenosu, druh informace, zdroj informace apod. Jednotlivá zařízení připojovaná ke společné sběrnici působí buď jako zdroje – vysílače, nebo jako přijímače informací. Připojení ke společné sběrnici je řešeno tak, aby byl umožněn výběr zařízení při dodržení obvodové slučitelnosti jednotlivých bloků.

Mikroprocesory Přenos informací ze vstupních a do výstupních jednotek může být synchronní a asynchronní. Synchronní přenos řídí procesor prostřednictvím instrukcí pro vstup nebo výstup dat. Předpokládá se přitom, že uvedené jednotky mohou zpracovávat informace periodicky podle požadavků programu. Jsou-li jednotky pomalé, zpožďuje se činnost počítače zařazením úseků časového zpoždění do programu.

Mikroprocesory Asynchronní přenos informací ovlivňují vstupní a výstupní jednotky prostřednictvím svých příslušných obvodů připojení. Procesor může periodicky zjišťovat připravenost těchto jednotek a je-li jednotka připravena tak se výměna informací opět uskuteční instrukcemi pro vstup nebo výstup dat.

Mikroprocesory Činnost základní jednotky počítače – procesoru – je řízena programem. Program představuje posloupnost instrukcí, které určují sled dílčích kroků uvnitř procesoru. Jejich správný časový sled zajišťuje generátor taktovacích impulsů. Je tvořen obvykle krystalovým oscilátorem, děličem frekvence a dalšími kombinačními obvody na jejichž výstupech jsou taktovací impulsy požadovaného časového průběhu.

Mikroprocesory Každý typ procesoru používá svou sadu instrukcí k provádění programu. Tyto instrukce jsou postupně dekódovány v dekodéru instrukcí a prováděny za pomoci vnitřní struktury procesoru. Procesor k tomuto účelu používá různá číslicová zařízení jako jsou registry, sčítačky, komparátory, paměti a další. Soubor instrukcí, které procesor používá je pevně určen jeho výrobcem.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989 M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002