Микропроцессор (МП). МП классификациясы және құрылымы. МП жұмысының принципі.

Тақырып: Микропроцессор (МП). Микропроцессорлардың классификациясы және құрылымы. Микропроцессор жұмысының принципі

 

---

 

 Кіріспе

 

Микропроцессор (МП) – бұл цифрлық мәліметтерді өңдеуге арналған электрондық құрылғы. Микропроцессор кез келген сандық есептеулерді орындай алады және электрондық құрылғылардың жұмысын басқаруға мүмкіндік береді. Компьютерлердің, ұялы құрылғылардың, тұрмыстық техника мен көліктердің жұмысын басқаруда кеңінен қолданылады. Микропроцессор бағдарламалық қамтамасыз етудің нұсқауларына сәйкес жұмыс істейді, сондықтан оны әмбебап сандық құрылғы деп санауға болады.

 

---

 

 1. Микропроцессор классификациясы

 

Микропроцессорлар бірнеше критерийлер бойынша жіктеледі:

 

# 1.1 Биттік тереңдікке қарай

 

- 8 биттік микропроцессорлар: Бұл процессорлар әрбір операцияда 8 бит мәліметті өңдей алады. Олар қарапайым құрылғыларда және шағын автоматтандырылған жүйелерде қолданылады.

- 16 биттік микропроцессорлар: 16 биттік мәліметтерді өңдей алады және күрделі есептеу операцияларын орындайды.

- 32 биттік микропроцессорлар: Көптеген есептеу және мәліметтерді өңдеу процестерін жоғары дәлдікпен орындай алады.

- 64 биттік микропроцессорлар: Қазіргі заманғы компьютерлер мен серверлерде қолданылады, олар үлкен мәліметтер көлемін жоғары өнімділікпен өңдеуге мүмкіндік береді.

 

# 1.2 Қолданылу мақсатына қарай

 

- Жалпы мақсаттағы микропроцессорлар: Кез келген есептеу функцияларын орындай алатын әмбебап процессорлар.

- Арнайы мақсаттағы микропроцессорлар: Белгілі бір тапсырмаларды орындау үшін жасалған, мысалы, графикалық процессорлар (GPU), сигналдарды өңдеу процессорлары (DSP).

- Кіріктірілген микропроцессорлар: Белгілі бір құрылғыларға енгізілетін процессорлар, мысалы, тұрмыстық техника, өнеркәсіптік және медициналық құрылғылар.

 

# 1.3 Командалар архитектурасына қарай

 

- RISC (Reduced Instruction Set Computing): Қарапайым командалар жиынтығына негізделген процессорлар. Жоғары жылдамдықпен жұмыс істейді және энергияны үнемдейді.

- CISC (Complex Instruction Set Computing): Күрделі командалар жиынтығы бар процессорлар. Көп функциялы командаларды орындай алады, бірақ жылдамдығы төменірек.

- MISC (Minimal Instruction Set Computing): Ең аз командалар жиынтығына ие, шағын көлемдегі құрылғыларда қолданылады.

 

---

 

 2. Микропроцессордың құрылымы

 

Микропроцессордың құрылымы оның мәліметтерді өңдеу қабілетін және командаларды орындау мүмкіндіктерін қамтамасыз ететін бірнеше негізгі блоктан тұрады.

 

# 2.1 Арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ)

 

Арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ) микропроцессордың негізгі бөлімі, ол арифметикалық (қосу, азайту) және логикалық (ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС) операцияларды орындайды. АЛҚ әртүрлі математикалық есептеулерді орындауға қабілетті және процессордың өнімділігіне әсер етеді.

 

# 2.2 Басқару блогы

 

Басқару блогы – микропроцессордың барлық бөліктерін басқаратын орталық элемент. Ол процессорға қандай операцияларды орындау керек екенін анықтайды және қажетті басқару сигналдарын жібереді. Басқару блогы командаларды бірінен кейін бірін орындау арқылы бағдарламаны жүзеге асырады.

 

# 2.3 Регистрлер

 

Регистрлер – бұл микропроцессор ішіндегі шағын жад ұяшықтары, олар уақытша деректерді және командаларды сақтау үшін қолданылады. Регистрлерге операцияларды орындау үшін қажет деректерді және командаларды сақтауға болады. Олар микропроцессордың жалпы өнімділігіне және операцияларды орындау жылдамдығына тікелей әсер етеді.

 

# 2.4 Жады интерфейсі

 

Жады интерфейсі – микропроцессор мен сыртқы жад арасындағы байланысты қамтамасыз етеді. Бұл интерфейс арқылы процессор жадтан деректерді оқып немесе жадқа жаза алады. Интерфейс процессор мен жад арасындағы жылдам байланыс үшін қолданылады.

 

# 2.5 Мәліметтер және адрес шиналары

 

Мәліметтер шинасы мәліметтерді процессордан жадыға немесе кіріс-шығыс құрылғыларына тасымалдайды, ал адрес шинасы процессорға жадтың немесе құрылғылардың нақты ұяшықтарын көрсету үшін қолданылады.

 

---

 

 3. Микропроцессор жұмысының принципі

 

Микропроцессор жұмысы командалар циклінен тұрады. Әрбір цикл команданы алу, оны декодтау және орындау қадамдарын қамтиды. Бұл процесс келесі ретпен орындалады:

 

1. Команданы алу: Микропроцессор келесі команданы жадтан алады және оны басқару блогына жібереді.

2. Команданы декодтау: Басқару блогы алынған команданы декодтап, оның қандай операцияны орындау керектігін анықтайды.

3. Команданы орындау: АЛҚ немесе басқа блоктар декодталған командаға сәйкес операцияны орындайды, мысалы, арифметикалық немесе логикалық операция.

4. Нәтижені сақтау: Орындау нәтижелері регистрлерге немесе жадқа жазылады.

 

Бұл цикл үздіксіз қайталанып отырады, ал процессор жаңа командаларды алып, олардың бірінен кейін бірін орындайды.

 

---

 

 Микропроцессорлардың негізгі артықшылықтары мен қолданылуы

 

Микропроцессорлар бірнеше негізгі артықшылықтарға ие:

- Жылдамдық: Командаларды жоғары жылдамдықпен орындауға қабілетті.

- Икемділік: Бағдарламалық қамтамасыз етуді өзгерту арқылы әртүрлі тапсырмаларды орындауға бейімделеді.

- Энергия тиімділігі: Әсіресе RISC негізіндегі микропроцессорлар аз қуат тұтынады.

 

Қолданылу салалары:

- Компьютерлер, ұялы телефондар, планшеттер сияқты есептеу техникасы.

- Тұрмыстық техника және өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелері.

- Көлік құралдары, медициналық құрылғылар және байланыс жабдықтары.

 

---

 

 Қорытынды

 

Микропроцессорлар – заманауи цифрлық әлемнің негізі. Олар әртүрлі есептеу және басқару міндеттерін орындай отырып, барлық электрондық құрылғылардың жұмысын қамтамасыз етеді. Микропроцессорлардың архитектурасы мен жұмыс принциптерін түсіну – цифрлық схемотехника мен электрондық жүйелерді жобалауда маңызды.