Центральный микропроцессор

Центральный микропроцессор

Центральный микропроцессор (CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся сейчас в оперативной памяти. Конструктивно представляет собой небольшую микросхему, находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате, связанную с материнской платой интерфейсом процессорного разъема .

Содержание

Работа содержит 1 файл

Доклад по информатике.docx

Реферат по информатике:

Центральный микропроцессор

Уральский государственный экономический университет

Выполнил: Ахметова А., ТНТ-09

2. Основные функции микропроцессора……………………………………… …………………..5

3.3. Интерфейс с системной шиной ЦП……………………………… …………………………….8

4. Российские микропроцессоры………… …………………………………………………….12-13

Ценральный микропроцессор

Центральный микропроцессор (CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся сейчас в оперативной памяти. Конструктивно представляет собой небольшую микросхему, находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате, связанную с материнской платой интерфейсом процессорного разъема .

Центральный микропроцессор — неоспоримо самая главная часть компьютера. Микропроцессор исполняет самую главную роль в быстродействии компьютера — вычисление результатов программы.

Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Изначально термин Центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.). Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Основные функции микропроцессора

• выборка команд из ОЗУ;

•декодирование команд (т.е. определение назначения команды, способа ее исполнения и адресов операндов);

• выполнение операций, закодированных в командах;

• управление пересылкой информации между своими внутренними регистрами, оперативной памятью и внешними (периферийными) устройствами;

• обработка внутрипроцессорных и программных прерываний;

• обработка сигналов от внешних устройств и реализация соответствующих прерываний;

• управление различными устройствами, входящими в состав компьютера.

Характеристики центрального микропроцессора

Тактовая частота процессора:

Тактовая частота — это частота “телодвижений” микропроцессора в определённый отрезок времени.

Тактовая частота процессора определяет скорость работы и "отклика" устройства. Соответственно, чем частота выше, тем быстрее будет работать ваше устройство.

Измеряется она в герцах (мегагерцах, гигагерцах).

Частота процессора зависит от типа устройства — у ноутбуков она измеряется в гигагерцах, а у смартфонов и навигаторов — в мегагерцах.

Для выполнения стандартных офисных задач хватит процессора с частотой 1,8 ГГц, а вот для работы с более требовательными к ресурсам программами понадобится процессор с частотой от 2 ГГц.

КПК, смартфоны, навигаторы:

Стандартом является частота 400 МГц.

Чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность.

Существует два типа тактовой частоты — внутренняя и внешняя.

Внутренняя тактовая частота — это тактовая частота, с которой происходит работа внутри процессора.

Внешняя тактовая частота или частота системной шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и оперативной памятью компьютера.

Разрядность центрального микропроцессора:

Разрядность процессора определяется разрядностью его регистров.

Компьютер может оперировать одновременно ограниченным набором единиц информации. Этот набор зависит от разрядности внутренних регистров. Разряд — это хранилище единицы информации. За один рабочий такт компьютер может обработать количество информации, которое может поместиться в регистрах. Если регистры могут хранить 8 единиц информации, то они 8-разрядне, и процессор 8-разрядный, если регистры 16-разрядные, то и процессор 16-разрядный и т.д. Чем большая разрядность процессора, тем большее количество информации он может обработать за один такт, а значит, тем быстрее работает процессор.

Интерфейс с системной шиной центрального микропроцессора:

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) — шина соединения периферийных компонентов, являющаяся мостом между системной шиной процессора и шиной ввода-вывода ISA. В каждом обмене по шине участвуют два устройства — инициатор обмена (ведущий шины) и целевое устройство (ведомый шины). Шина ISA (Industry Standard Architecture) — шина расширения, ставшая промышленным стандартом. Она обеспечивает возможность отображения 8- и 16-разрядных регистров на пространство ввода-вывода и памяти. Абоненты шины могут использовать три 8-битных канала DMA, а на 16-битной шине доступны еще три 16-разрядных канала. Канал DMA используется для обеспечения арбитража управления шиной, а адаптер Bus-Master формирует все адресные и управляющие сигналы шины. Шина AGP (Accelerated Graphic Port) — специализированная 32-битная системная шина для видеокарты.

Системная шина Continuum 400 (Xbus) и ее интерфейсы выполняют следующие функции:

-передача информации между платами "ЦП-память" и картами мостов PCI (PCIB);

-передача информации между двумя платами "ЦП-память";

-обнаружение и изоляция сбоев как самой шины, так и расположенных на ней плат.

Центральный микропроцессор всегда работает с памятью. Но скорость оперативной памяти не особенно велика, чтобы микропроцессор, при работе с ней, раскрывал целиком свой вычислительный потенциал. Поэтому, у микропроцессоров бытует своя собственная небольшая, но прыткая память. Её именуют “Кеш”. Обычно, такой памяти на микропроцессоре от 256Кб до 2Мб. Кеш хранит в себе те данные, которые могут понадобиться микропроцессору в близкий момент. Оттого, перед тем как исполнить операцию с данными, микропроцессор ищет их сперва в кеше. Кеш отделяют на уровни: обычно, в микропроцессорах используется двухуровневая система (т.н. Кеш L1 и L2). Кеш первого уровня отличается малым размером (но большой скоростью), а второго уровня — большим размером. Кеш третьего же уровня очень велосипед, но медленен и встречается лишь в отдельных моделях ЦП. Кеш во многом обусловливает стоимость микропроцессора, т.к занимает значительную (время от времени огромную) часть кремниевой подложки ЦП. В принципе, чем больше кеш, тем шустрее работает микропроцессор. Но далеко не во всех случаях это так. Зачастую, разница продуктивности между микропроцессором с кешем 128Кб и ЦП с кешем в 1Мб L2 несоизмерима мала, в сравнении с увеличившейся стоимостью микропроцессора. Так что не стоит гнаться за громадными значениями Кеша L2 (Например, микропроцессоры Athlon 64 с 512Kb L2 вполне успешно конкурируют с микропроцессорами Pentium 4, обладающими кешом L2 2Mb.)

Набор команд центрального микропроцессора:

Система команд процессора включает в себя следующие четыре основные группы команд:

-команды пересылки данных;

Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в приемник (Destination). Источником и приемником могут быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или устройства ввода/вывода. АЛУ в данном случае не используется.

Арифметические команды выполняют операции сложения, вычитания, умножения, деления, увеличения на единицу (инкрементирования), уменьшения на единицу (декрементирования) и т.д. Этим командам требуется один или два входных операнда. Формируют команды один выходной операнд.

Логические команды производят над операндами логические операции, например, логическое И, логическое ИЛИ, исключающее ИЛИ, очистку, инверсию, разнообразные сдвиги (вправо, влево, арифметический сдвиг, циклический сдвиг). Этим командам, как и арифметическим, требуется один или два входных операнда, и формируют они один выходной операнд.

Команды переходов предназначены для изменения обычного порядка последовательного выполнения команд. С их помощью организуются переходы на подпрограммы и возвраты из них, всевозможные циклы, ветвления программ, пропуски фрагментов программ и т.д. Команды переходов всегда меняют содержимое счетчика команд. Переходы могут быть условными и безусловными. Именно эти команды позволяют строить сложные алгоритмы обработки информации.

Разъём центрального микропроцессора:

Разъём центрального процессора — гнездовой или щелевой разъём, предназначенный для облегчения установки центрального процессора. Использование разъёма вместо прямого распаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера. Разъём может быть предназначен для установки собственно процессора или CPU-карты (например, в Pegasos). Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора или CPU-карты.

Архитектура и типы микропроцессоров

Архитектура, т. е. логическая организация микропроцессора, однозначно определяет свойства, особенности и возможности построения вычислительной системы на базе данного микропроцессора.

Современные микропроцессоры, при всем разнообразии их типов, моделей и производителей, имеют одну из трех типов архитектуры: CISC, RISC и MISC (это относится к микропроцессорам универсального, а не специального применения).

Архитектура CISC (Complex Instruction Set Computer) — командо-комплексная система управления компьютером. Отличается повышенной гибкостью и расширенными возможностями РС, выполненного на микропроцессоре, и характеризуется:

1) большим числом различных по длине и формату команд;

2) использованием различных систем адресации;

3) сложной кодировкой команд.

Архитектура RISC (Reduced Instrucktion Set Computer) — командо-однородная система управления компьютером, имеет свои особенности:

1) использует систему команд упрощенного типа: все команды имеют одинаковый формат с простой кодировкой, обращение к памяти осуществляется командами загрузки (данных из ОЗУ в регистр микропроцессора) и записи (данных из регистра микропроцессора в память), остальные используемые команды — формата регистр-регистр;

2) при высоком быстродействии допускается более низкая тактовая частота и меньшая степень интеграции СБИС VLSI;

3) команда меньше нагружает ОЗУ;

4) отладка программ на RISC более сложна, чем на CISC;

5) с архитектурой CISC программно несовместима.

Архитектура MISC (Multipurpose Instruction Set Computer) — многоцелевая командная система управления компьютером, сочетает в себе преимущества CISC и RISC. Элементная база состоит из отдельных частей (могут быть объединены в одном корпусе): основная часть (HOST — ведущая), архитектуры RISC CPU, а расширяемая часть — с подключением ПЗУ (ROM) микропрограммного управления. При этом вычислительная система приобретает свойства CISC: — основные команды работают на HOST, а команды расширения образуют адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST выполняет команды за один такт, а расширение эквивалентно CPU со сложным набором команд (CISC). Наличие ПЗУ устраняет недостаток RISC, связанный с тем, что при компиляции с языка высокого уровня код операции (микропрограмма) уже дешифрирована и открыта для программиста.

Как известно, микропроцессоры бывают трех типов:

— однокристальные микро-ЭВМ (All-In-Once — все в одном),

— секционные микропроцессоры (bit-slise — частичное расслоение).

1) Однокристальные микропроцессоры характерны тем, что:

— система команд фиксирована;

— содержат основные элементы кристалла: АЛУ, дешифратор команд, узел микропрограммного управления, узел управления обменом;

— не позволяют наращивать разрядность обрабатываемых слов каскадированием;

— шины данных, адреса, управления — мультиплексируемы.

2) Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) отличаются тем, что:

— кроме микропроцессора, кристалл включает в себя обрамление: ГТИ, контроллер прерываний, порты, таймер, ОЗУ, буфер команд;

— их применение очень просто (например, контроллер KBD в РС):

— вследствие низкой тактовой частоты, производительность ОМЭВМ невелика, но они и не предназначаются для высокоскоростных операций.

3) Секционные микропроцессоры характерны тем, что:

— допускают наращивание разрядности объединением одноименных линий нескольких чипов одинакового назначения;

— дезинтегрированы на отдельные компоненты АЛУ и ИМС обрамления;

— позволяют наращивать разрядность шин данных, адреса, АЛУ и объем подключаемой оперативной памяти:

— могут работать в разных системах команд, в соответствии с прошивкой микропрограмм.

Персональные компьютеры, в подавляющем большинстве выполняются на однокристальных микропроцессорах. Одни их первых, разработанные фирмой IBM, выполнялись на микропроцессорах i8088, позже — на 8086. Первый АТ-компьютер был выполнен с использованием микропроцессора i80286, после разработки фирмой Intel микропроцессоров i80386 и i80486, выпускались компьютеры типа РС-386 двух модификаций, позже PC-486 в трех модификациях. Дальнейшее развитие персональных компьютеров стало возможным после разработки и выпуска нового семейства микропроцессоров типа Pentium. Сравнительные характеристики микропроцессоров семейства 80х86 и Pentium приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Сравнительные характеристики однокристальных CPU семейства 80х86.

Характеристики микропроцессоров разрядность счетчик времени

2.1. Процессор.

Самый основной элемент компьютера, это, конечно, процессор. Давайте подробней его рассмотрим. Упрощённая структура процессора (рис. 4):

Рис. 4. Упрощённая структура процессора

Основные элементы процессора:

· Регистры – это специальные ячейки памяти, физически расположенные внутри процессора. В отличие от ОЗУ, где для обращения к данным требуется использовать шину адреса, к регистрам процессор может обращаться напрямую. Это существенно ускорят работу с данными.

· Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции, такие как сложение, вычитание, а также логические операции.

· Блок управления определяет последовательность микрокоманд, выполняемых при обработке машинных кодов (команд).

· Тактовый генератор , или генератор тактовых импульсов, задаёт рабочую частоту процессора.

2.2. Режимы работы процессора.

Процессор архитектуры x86 может работать в одном из пяти режимов и переключаться между ними очень быстро:

1. Реальный (незащищенный) режим (real address mode) — режим, в котором работал процессор 8086. В современных процессорах этот режим поддерживается в основном для совместимости с древним программным обеспечением (DOS-программами).

2. Защищенный режим (protected mode) — режим, который впервые был реализован в 80286 процессоре. Все современные операционные системы (Windows, Linux и пр.) работают в защищенном режиме. Программы реального режима не могут функционировать в защищенном режиме.

3. Режим виртуального процессора 8086 (virtual-8086 mode, V86) — в этот режим можно перейти только из защищенного режима. Служит для обеспечения функционирования программ реального режима, причем дает возможность одновременной работы нескольких таких программ, что в реальном режиме невозможно. Режим V86 предоставляет аппаратные средства для формирования виртуальной машины, эмулирующей процессор8086. Виртуальная машина формируется программными средствами операционной системы. В Windows такая виртуальная машина называется VDM (Virtual DOS Machine — виртуальная машина DOS). VDM перехватывает и обрабатывает системные вызовы от работающих DOS-приложений.

4. Нереальный режим (unreal mode, он же big real mode) — аналогичен реальному режиму, только позволяет получать доступ ко всей физической памяти, что невозможно в реальном режиме.

5. Режим системного управления System Management Mode (SMM) используется в служебных и отладочных целях.

При загрузке компьютера процессор всегда находится в реальном режиме, в этом режиме работали первые операционные системы, например MS-DOS, однако современные операционные системы, такие как Windows и Linux переводят процессор в защищенный режим. Вам, наверное, интересно, что защищает процессор в защищенном режиме? В защищенном режиме процессор защищает выполняемые программы в памяти от взаимного влияния (умышленно или по ошибке) друг на друга, что легко может произойти в реальном режиме. Поэтому защищенный режим и назвали защищенным.

2.3. Регистры процессора (программная модель процессора).

Для понимания работы команд ассемблера необходимо четко представлять, как выполняется адресация данных, какие регистры процессора и как могут использоваться при выполнении инструкций. Рассмотрим базовую программную модель процессоров Intel 80386, в которую входят:

· 8 регистров общего назначения, служащих для хранения данных и указателей;

· регистры сегментов — они хранят 6 селекторов сегментов;

· регистр управления и контроля EFLAGS, который позволяет управлять состоянием выполнения программы и состоянием (на уровне приложения) процессора;

· регистр-указатель EIP выполняемой следующей инструкции процессора;

· система команд (инструкций) процессора;

· режимы адресации данных в командах процессора.

Начнем с описания базовых регистров процессора Intel 80386.

Базовые регистры процессора Intel 80386 являются основой для разработки программ и позволяют решать основные задачи по обработке данных. Все они показаны на рис. 5.

Рис. 5. Базовые регистры процессора Intel 80386

Среди базового набора регистров выделим отдельные группы и рассмотрим их назначение.

2.4. Регистры общего назначения.

32-битные регистры ЕАХ (аккумулятор), ЕВХ (база), ЕСХ (счетчик), EDX (регистр данных) могут использоваться без ограничений для любых целей – временного хранения данных, аргументов или результатов различных операций. Названия регистров происходят от того, что некоторые команды применяют их специальным образом: так, аккумулятор часто необходим для хранения результата действий, выполняемых над двумя операндами, регистр данных в этих случаях получает старшую часть результата, если он не умещается в аккумулятор, регистр-счетчик работает как счетчик в циклах и строковых операциях, а регистр-база – при так называемой адресации по базе. Младшие 16 бит каждого из этих регистров применяются как самостоятельные регистры с именами АХ, ВХ, СХ, DX. На самом деле в процессорах 8086 – 80286 все регистры были 16-битными и назывались именно так, а 32-битные ЕАХ – EDX появились с введением 32-битной архитектуры в 80386. Кроме этого, отдельные байты в 16-битных регистрах АХ – DX тоже могут использоваться как 8-битные регистры и иметь свои имена. Старшие байты этих регистров называются АН, ВН, СН, DH, а младшие — AL, BL, CL, DL (см. рис.4.1).

Остальные четыре регистра – ESI (индекс источника), EDI (индекс приемника), ЕВР (указатель базы), ESP (указатель стека) – имеют более конкретное назначение и применяются для хранения всевозможных временных переменных. Регистры ESI и EDI необходимы в строковых операциях, ЕВР и ESP – при работе со стеком. Так же как и в случае с регистрами ЕАХ — EDX, младшие половины этих четырех регистров называются SI, DI, BP и SP соответственно, и в процессорах до 80386 только они и присутствовали.

2.5. Сегментные регистры.

При использовании сегментированных моделей памяти для формирования любого адреса нужны два числа – адрес начала сегмента и смещение искомого байта относительно этого начала (в бессегментной модели памяти flat адреса начал всех сегментов равны). Операционные системы (кроме DOS) могут размещать сегменты, с которыми работает программа пользователя, в разных местах памяти и даже временно записывать их на диск, если памяти не хватает. Так как сегменты способны оказаться где угодно, программа обращается к ним, применяя вместо настоящего адреса начала сегмента 16-битное число, называемое селектором. В процессорах Intel предусмотрено шесть 16-битных регистров — CS, DS, ES, FS, GS, SS , где хранятся селекторы. (Регистры FS и GS отсутствовали в 8086, но появились уже в 80286.) Это означает, что в любой момент можно изменить параметры, записанные в этих регистрах.

В отличие от DS, ES, GS, FS, которые называются регистрами сегментов данных, CS и SS отвечают за сегменты двух особенных типов – сегмент кода и сегмент стека. Первый содержит программу, исполняющуюся в данный момент, следовательно, запись нового селектора в этот регистр приводит к тому, что далее будет исполнена не следующая по тексту программы команда, а команда из кода, находящегося в другом сегменте, с тем же смещением. Смещение очередной выполняемой команды всегда хранится в специальном регистре EIP (указатель инструкции, 16-битная форма IP), запись в который так же приведет к тому, что далее будет исполнена какая-нибудь другая команда. На самом деле все команды передачи управления – перехода, условного перехода, цикла, вызова подпрограммы и т.п. – и осуществляют эту самую запись в CS и EIP.

2.6. Регистр флагов.

Еще один важный регистр, использующийся при выполнении большинства команд, — регистр флагов. Как и раньше, его младшие 16 бит, представлявшие собой весь этот регистр до процессора 80386, называются FLAGS. В EFLAGS каждый бит является флагом, то есть устанавливается в 1 при определенных условиях или установка его в 1 изменяет поведение процессора. Все флаги, расположенные в старшем слове регистра, имеют отношение к управлению защищенным режимом, поэтому здесь рассмотрен только регистр FLAGS (см. рис. 6):

Рис. 6. Регистр флагов FLAGS.

CF – флаг переноса. Устанавливается в 1, если результат предыдущей операции не уместился в приемнике и произошел перенос из старшего бита или если требуется заем (при вычитании), в противном случае – в 0. Например, после сложения слова 0 FFFFh и 1, если регистр, в который надо поместить результат, – слово, в него будет записано 0000 h и флаг CF = 1.

PF – флаг четности. Устанавливается в 1, если младший байт результата предыдущей команды содержит четное число битов, равных 1, и в 0, если нечетное. Это не то же самое, что делимость на два. Число делится на два без остатка, если его самый младший бит равен нулю, и не делится, когда он равен 1.

AF – флаг полупереноса или вспомогательного переноса. Устанавливается в 1, если в результате предыдущей операции произошел перенос (или заем) из третьего бита в четвертый. Этот флаг используется автоматически командами двоично-десятичной коррекции.

ZF – флаг нуля. Устанавливается в 1, если результат предыдущей команды – ноль.

SF – флаг знака. Он всегда равен старшему биту результата.

TF – флаг ловушки. Он был предусмотрен для работы отладчиков, не использующих защищенный режим. Установка его в 1 приводит к тому, что после выполнения каждой программной команды управление временно передается отладчику.

IF – флаг прерываний. Сброс этого флага в 0 приводит к тому, что процессор перестает обрабатывать прерывания от внешних устройств. Обычно его сбрасывают на короткое время для выполнения критических участков кода.

DF – флаг направления. Он контролирует поведение команд обработки строк: когда он установлен в 1, строки обрабатываются в сторону уменьшения адресов, когда DF =0 – наоборот.

OF – флаг переполнения. Он устанавливается в 1, если результат предыдущей арифметической операции над числами со знаком выходит за допустимые для них пределы. Например, если при сложении двух положительных чисел получается число со старшим битом, равным единице, то есть отрицательное, и наоборот.

Флаги IOPL (уровень привилегий ввода-вывода) и NT (вложенная задача) применяются в защищенном режиме.

2.7. Цикл выполнения команды

Программа состоит из машинных команд. Программа загружается в оперативную память компьютера. Затем программа начинает выполняться, то есть процессор выполняет машинные команды в той последовательности, в какой они записаны в программе.

Для того чтобы процессор знал, какую команду нужно выполнять в определённый момент, существует счётчик команд – специальный регистр, в котором хранится адрес команды, которая должна быть выполнена после выполнения текущей команды. То есть при запуске программы в этом регистре хранится адрес первой команды. В процессорах Intel в качестве счётчика команд (его ещё называют указатель команды) используется регистр EIP (или IP в 16-разрядных программах).

Счётчик команд работает со сверхоперативной памятью, которая находится внутри процессора. Эта память носит название очередь команд, куда помещается одна или несколько команд непосредственно перед их выполнением. То есть в счётчике команд хранится адрес команды в очереди команд, а не адрес оперативной памяти.

Цикл выполнения команды – это последовательность действий, которая совершается процессором при выполнении одной машинной команды. При выполнении каждой машинной команды процессор должен выполнить как минимум три действия: выборку, декодирование и выполнение. Если в команде используется операнд, расположенный в оперативной памяти, то процессору придётся выполнить ещё две операции: выборку операнда из памяти и запись результата в память. Ниже описаны эти пять операций.

• Выборка команды . Блок управления извлекает команду из памяти (из очереди команд), копирует её во внутреннюю память процессора и увеличивает значение счётчика команд на длину этой команды (разные команды могут иметь разный размер).
• Декодирование команды . Блок управления определяет тип выполняемой команды, пересылает указанные в ней операнды в АЛУ и генерирует электрические сигналы управления АЛУ, которые соответствуют типу выполняемой операции.
• Выборка операндов . Если в команде используется операнд, расположенный в оперативной памяти, то блок управления начинает операцию по его выборке из памяти.
• Выполнение команды . АЛУ выполняет указанную в команде операцию, сохраняет полученный результат в заданном месте и обновляет состояние флагов, по значению которых программа может судить о результате выполнения команды.
• Запись результата в память . Если результат выполнения команды должен быть сохранён в памяти, блок управления начинает операцию сохранения данных в памяти.

Суммируем полученные знания и составим цикл выполнения команды:

1. Выбрать из очереди команд команду, на которую указывает счётчик команд.
2. Определить адрес следующей команды в очереди команд и записать адрес следующей команды в счётчик команд.
3. Декодировать команду.
4. Если в команде есть операнды, находящиеся в памяти, то выбрать операнды.
5. Выполнить команду и установить флаги.
6. Записать результат в память (по необходимости).
7. Начать выполнение следующей команды с п.1.

Это упрощённый цикл выполнения команды. К тому же действия могут отличаться в зависимости от процессора. Однако это даёт общее представление о том, как процессор выполняет одну машинную команду, а значит и программу в целом.

Характеристики микропроцессоров разрядность счетчик времени

Микропроцессорные счетчики электроэнергии.

Здравствуйте, уважаемый читатель. На этой страничке мы вкратце, чтобы сильно не утомлять Вас, рассмотрим микропроцессорные счетчики учета электроэнергии. Основное отличие таких счетчиков от обычных, индукционных в том, что они представляют собой небольшой "бортовой компьютер". В таких счетчиках практически отсутствуют подвижные части, выполняющие измерения потребленного электрического тока. Счетчик обычно состоит из измерительных датчиков тока и напряжения (трансформаторов с улучшенными характеристиками), схем измерения (АЦП — аналого-цифровые преобразователи), микроконтроллера обрабатывающего цифровые сигналы, памяти для хранения данных счетчика. Вся информация счетчика выводится на жидкокристаллическое табло. Питаются счетчики обычно от подключенных к ним цепей напряжения. В дополнение, хорошим тоном является установка резервного питания на счетчик (в виде различных аккумуляторных батарей). Они предназначены для поддержания целостности важной информации, когда счетчик отключен от цепей питания. Значения потребляемого тока определяется с помощью трансформаторов тока. В дальнейшем происходит перемножение сигналов тока и напряжения через АЦП на высокопроизводительном микропроцессоре с RISC-набором команд. Вся полученная информация записывается в память счетчика и параллельно отображается на жидкокристаллическом дисплее. Простейшая схема счетчика приведена на рисунке 1.

В дополнение, в различных моделях счетчика могут вводиться дополнительные информационные выходы (токовая петля, числоимпульсное реле, в котором частота импульсов пропорциональна потребленной электроэнергии, выход RS-485 и т.п.). Практически во всех счетчиках имеется память для хранения программы работы счетчика, измеренных величин (т.е. активной и реактивной энергии) а также перечня различных значимых событий (количество входов в счетчик, пропадания питания, перехода на зимнее и летнее время и т.п.).

Отличительная особенность таких счетчиков — это возможность учета электроэнергии по тарифам. Это означает, что Вы можете рассчитываться за потребленную электроэнергию по-разному. Например: есть 3 тарифа расчета за электроэнергию — пиковый (обычно это утренние и вечерние часы), полупиковый (это практически весь день кроме утра и вечера) и ночной. Цена за потребленную электроэнергию меняется в зависимости от тарифа. При одноставочном тарифе 1кВтч стоит 0,1271 гривню, если же Вы решили рассчитываться по тарифам то Вам нужно будет умножать эту цену н следующие коэффициенты:

Очевидно, что выгоднее всего работать при ночном тарифе (цена за 1кВтч меньше в 4 раза). В старых индукционных счетчиках Вы не могли учитывать переходы на различные временные тарифы (для этого надо было бы поставить человека у счетчика, который следил когда наступит например пиковый тариф и записывал показания). Как выход можно было бы использовать компьютерную систему сбора информации в режиме реального времени с последующим ручным разбиением на интервалы по тарифам. Однако гораздо проще поставить микропроцессорный счетчик, внутренняя программа которого сама бы следила за переходом из одной тарифной зоны в другую и записывала расход электроэнергии отдельно по каждому интервалу.

Кроме того, такие счетчик могут быть хорошей диагностическим инструментом. Например счетчик "Альфа+" фирмы АББ ВЭИ Метроника (Москва, Россия) может работать как ВАФ (вольт-ампер-фазометр), показывать действующее значение тока и напряжения, гармоники и т.п. (смотри рисунок 2).

Счетчик фирмы АББ ВЭИ Метроника

Пример графикам расхода электроэнергии.

Рисунок 2. Копия экрана программы счетчика "Альфа+".

Кроме того, учитывая высокий класс точности таких счтечика (0,2 — 0,5) и отсутствие самохода (т.е. самопрозвольного движения диска, как в индукционном счетчике) можно сказать, что на сегодняшний день такие счетчики самый удобный вариант для учета электроэнергии.

Для того, чтобы счетчик мог считать и показывать данные в него необходимо внести программу, которая будет "указывать" счетчику, что делать: как измерять, что измерять, куда и в каком виде записывать. Для этого необходимо иметь персональный компьютер с специальной программой, поставляемой со счетчиками, сам счетчик, специальный пробразователь для передачи данных от ЭВМ к счетчику. Причем, по большому счету, все счетчики программируется по одним и тем же правилам: пользователю не надо писать программ на каком-то языке программирования — все что от него требуется — это лишь отвечать на вопросы программы и помечать мышкой необходимые варианты работы счечика. Пример окна программы для счетчика "Quantum D300 " фирмы Щлембурже (риунок 3).

Еще одно из полезных свойств данных счетчиков — возможность создания на их базе информационной системы сбора и обработки данных по расходу электроэнергии. Т.е. Вы можете на базе таких счетчиков создать автоматизированную систему сбора информации. Допустим у Вас есть несколько объектов (подстанций или маленьких заводиков по производству продукции) и Вы хотите контролировать расход электроэнергии по объектам. Нет ничего проще — Вы ставите микропроцессорные счетчики на точки учета, подключаете к ним модем (импульсное реле, выход RS485) и собираете всю информацию на один ПК, стоящий в Вашем офисе. Даже если Вам понадобиться перепрограммировать счетчик — Вы можете сделать это дистанционно, через модем. И тут сразу же возникает вопрос: А если я "нехороший человек" и хочу влезть и изменить данные в счетчике? На этот счет в счетчике есть свой "ответ Чемберлену". Обычно счетчики имеют несколько уровней доступа к своей информации (для чтения, для модификации, для перепрограммирования). Кроме этого в памяти счетчика содержится информация о всех попытках считывания и захода в него. Так что Вы можете определить когда данные в счетчике менялись.

Здесь, уважаемый читатель, я заканчиваю свой рассказ, чтобы Вы могли немного передохнуть. В следующий раз мы поговорим с Вами и различных автоматизированных системах, которые можно построить на базе микропроцессорных счетчиков. Сергей Кибиткин.

Сравненительная таблица по счетчикам АББ, Шлембурже, Лендис и Гир.

При поддержке ТОВ Нексус, сайт создан: 23.03.99, автор: Сергей Кибиткин