Основные компоненты микропроцессоров

Intel представила первый микропроцессор в 1971 году и назвала его чипом 4004. Сегодняшние микропроцессоры с размерами меньше десяти центов предлагают большую мощность и возможности. Центр компьютера, центральный процессор (ЦП), состоит из одного или нескольких микропроцессоров. Изготовленные из силиконового чипа, содержащего миллионы транзисторов, микропроцессоры перемещают данные из одного адреса памяти в другое. Процессоры принимают решения, а затем переходят к работе над новыми инструкциями и вычислениями.

«Арифметико-логический блок» (ALU) выполняет математические вычисления, такие как вычитание, сложение, деление и логические функции. Логические функции - это тип логики, используемый для проектирования схем. ALU также выполняет сравнения и логическое тестирование. Процессор передает сигналы в ALU, который интерпретирует инструкции и выполняет вычисления.

Микропроцессоры имеют временные места хранения данных, называемые регистрами. Эти области памяти хранят данные, такие как компьютерные инструкции, адреса хранения, символы и другие данные. Некоторые компьютерные инструкции могут требовать использования определенных регистров как части команды. Каждый регистр имеет определенную функцию, такую ​​как регистр команд, счетчик программ, аккумулятор и регистр адреса памяти. Например, программный регистр хранит адрес инструкций, взятых из оперативной памяти.

Блоки управления (CU) получают сигналы от ЦП, которые инструктируют блок управления о перемещении данных от микропроцессора к микропроцессору. Блок управления также управляет арифметико-логическим блоком. Блоки управления состоят из нескольких компонентов, таких как декодер, часы и логические схемы управления. Работая вместе, эти устройства передают сигналы в определенные места микропроцессора.

Например, декодер принимает команды от приложения. Декодер интерпретирует инструкции и выполняет действие. Он отправляет сигналы в ALU или направляет регистры для выполнения определенных задач. Логический блок управления передает сигналы в различные секции микропроцессора и регистры, которые информируют эти компоненты о выполнении действий. Часы отправляют сигналы, которые синхронизируют и обеспечивают своевременное выполнение команд и процессов.

Микропроцессоры имеют систему шин, по которым передаются данные. Автобусы относятся к классификациям проводки, которые имеют определенные задачи и функции. Шина данных передает данные между центральным процессором и оперативной памятью (RAM) - первичной памятью компьютера. Шина управления отправляет информацию, необходимую для координации и управления несколькими задачами. Адресная шина передает адрес между ЦП и ОЗУ для обрабатываемых данных.

Некоторые современные микропроцессоры имеют кеш-память, в которой хранятся последние данные, использованные ЦП. Кеши памяти ускоряют вычислительный процесс, поскольку ЦП не должен обращаться к более медленной оперативной памяти для извлечения данных. Многие компьютеры имеют кеш-память 1-го или 2-го уровня; в некоторых системах есть кеши 3-го уровня. Уровень кэша указывает порядок, в котором ЦП проверяет данные, начиная с уровня 1. Производители часто интегрируют кеши уровня 2 и уровня 3 в микропроцессор, что увеличивает скорость обработки.