1.2. Що таке мікропроцесор?

Ядром будь-якої мікропроцесорної системи є мікропроцесор або просто процесор (від англійського processor). Перекласти на українську мову це слово перекладається як «обробник», оскільки саме мікропроцесор - це той вузол, блок, який проводить всю обробку інформації усередині мікропроцесорної системи. Решта вузлів виконує всього лише допоміжні функції: зберігання інформації (у тому числі і управляючої інформації, тобто програми), зв'язки із зовнішніми пристроями, зв'язки з користувачем і т.д. Процесор замінює практично всю «жорстку логіку», яка знадобилася б у разі традиційної цифрової системи. Він виконує арифметичні функції (додавання, множення і т.д.), логічні функції (зсув, порівняння, маскування кодів і т.д.), тимчасове зберігання кодів (у внутрішніх регістрах), пересилку кодів між вузлами мікропроцесорної системи і інше. Кількість таких елементарних операцій, виконуваних процесором, може досягати декількох сотень. Процесор можна порівняти з мозком системи.
Але при цьому треба враховувати, що всі свої операції процесор виконує послідовно, тобто одну операцію за іншою, по черзі. Звичайно, існують процесори з паралельним виконанням деяких операцій, зустрічаються також мікропроцесорні системи, в яких декілька процесорів працюють над однією задачею паралельно, але це не часто. З одного боку, послідовне виконання операцій - безперечна перевага, оскільки дозволяє за допомогою всього лише одного процесора виконувати будь-які найскладніші алгоритми обробки інформації. Але, з другого боку, послідовне виконання операцій призводить до того, що час виконання алгоритму залежить від його складності. Прості алгоритми виконуються швидше складних. Тобто мікропроцесорна система здатна зробити все, але працює вона не дуже швидко, адже всі інформаційні потоки доводиться пропускати через один-єдиний вузол - мікропроцесор (мал. 1.3). В традиційній цифровій системі можна легко організувати паралельну обробку всіх потоків інформації, правда, ціною ускладнення схеми.

Мал. 1.3. Інформаційні потоки в мікропроцесорній системі.

Отже, мікропроцесор здатний виконувати безліч операцій. Але звідки він взнає, яку операцію йому треба виконувати в даний момент? Саме це визначається управляючою інформацією, програмою. Програма є набором команд (інструкцій), тобто цифрових кодів, розшифрувавши які, процесор знає, що йому треба робити. Програма від початку і до кінця складається людиною, програмістом, а процесор виступає в ролі слухняного виконавця цієї програми, ніякої ініціативи він не проявляє (якщо, звичайно, справний). Тому порівняння процесора з мозком не дуже коректне. Він всього лише виконавець того алгоритму, який наперед склала для нього людина. Будь-яке відхилення від цього алгоритму може бути викликано тільки несправністю процесора або яких-небудь інших вузлів мікропроцесорної системи.
Всі команди, виконувані процесором, утворюють систему команд процесора. Структура і об'єм системи команд процесора визначають його швидкодію, гнучкість, зручність використання. Всього команд у процесора може бути від декількох десятків до декількох сотень. Система команд може бути розрахована на вузький круг вирішуваних задач (у спеціалізованих процесорів) або на максимально широкий круг задач (в універсальних процесорів). Коди команд можуть мати різну кількість розрядів (займати від одного до декількох байт). Кожна команда має свій час виконання, тому час виконання всієї програми залежить не тільки від кількості команд в програмі, але і від того, які саме команди використовуються.
Для виконання команд в структуру процесора входять внутрішні регістри, арифметико-логічний пристрій (АЛП, ALU - Arithmetic Logic Unit), мультиплексори, буфери, регістри і інші вузли. Робота всіх вузлів синхронізується загальним зовнішнім тактовим сигналом процесора. Тобто процесор є досить складним цифровим пристроєм (мал. 1.4).

Мал. 1.4. Приклад структури найпростішого процесора.

Втім, для розробника мікропроцесорних систем інформація про тонкість внутрішньої структури процесора не дуже важлива. Розробник повинен розглядати процесор як «чорний ящик», який у відповідь на вхідні і управляючі коди проводить ту або іншу операцію і видає вихідні сигнали. Розробнику необхідно знати систему команд, режими роботи процесора, а також правила взаємодії процесора із зовнішнім світом або, як їх ще називають, протоколи обміну інформацією. Про внутрішню структуру процесора треба знати тільки те, що необхідне для вибору тієї або іншої команди, того або іншого режиму роботи.

попередня тема наступна тема