Concetti di microprocessore

Microprocessorè il cervello del computer, che fa tutto il lavoro. Si tratta di un processore per computer che incorpora tutte le funzioni della CPU (Central Processing Unit) su un unico IC (Integrated Circuit) o ​​al massimo su pochi IC. I microprocessori furono introdotti per la prima volta all'inizio degli anni '70. 4004 è stato il primo microprocessore generico utilizzato da Intel nella costruzione di personal computer. L'arrivo di microprocessori generici a basso costo è stato determinante nello sviluppo della società moderna così come è stato.

Studieremo in dettaglio le caratteristiche e i componenti di un microprocessore.

Caratteristiche dei microprocessori

I microprocessori sono dispositivi multiuso che possono essere progettati per funzioni generiche o specializzate. I microprocessori di laptop e smartphone sono generici mentre quelli progettati per l'elaborazione grafica o la visione artificiale sono quelli specializzati. Ci sono alcune caratteristiche comuni a tutti i microprocessori.

Queste sono le caratteristiche di definizione più importanti di un microprocessore:

  • Velocità dell'orologio
  • Set di istruzioni
  • Dimensione della parola

Velocità di clock

Ogni microprocessore ha un file internal clockche regola la velocità con cui esegue le istruzioni e le sincronizza anche con altri componenti. Viene chiamata la velocità alla quale il microprocessore esegue le istruzioniclock speed. Le velocità di clock vengono misurate in MHz o GHz dove 1 MHz significa 1 milione di cicli al secondo mentre 1 GHz equivale a 1 miliardo di cicli al secondo. Qui il ciclo si riferisce al singolo ciclo del segnale elettrico.

Attualmente i microprocessori hanno una velocità di clock nell'intervallo di 3 GHz, il massimo che la tecnologia attuale può raggiungere. Velocità superiori a questa generano abbastanza calore da danneggiare il chip stesso. Per ovviare a questo problema, i produttori utilizzano più processori che lavorano in parallelo su un chip.

Dimensione parola

Il numero di bit che possono essere elaborati da un processore in una singola istruzione è chiamato proprio word size. La dimensione della parola determina la quantità di RAM a cui è possibile accedere contemporaneamente e il numero totale di pin sul microprocessore. Il numero totale di pin di input e output determina a sua volta l'architettura del microprocessore.

Il primo microprocessore commerciale Intel 4004 era un processore a 4 bit. Aveva 4 pin di ingresso e 4 pin di uscita. Il numero di pin di uscita è sempre uguale al numero di pin di ingresso. Attualmente la maggior parte dei microprocessori utilizza un'architettura a 32 o 64 bit.

Set di istruzioni

Un comando dato a una macchina digitale per eseguire un'operazione su un dato è chiamato un file instruction. Il set di base di istruzioni a livello di macchina che un microprocessore è progettato per eseguire è chiamato proprioinstruction set. Queste istruzioni eseguono questi tipi di operazioni:

  • Trasferimento dati
  • Operazioni aritmetiche
  • Operazioni logiche
  • Flusso di controllo
  • Input / output e controllo macchina

Componenti del microprocessore

Rispetto ai primi microprocessori, i processori odierni sono molto piccoli ma hanno ancora queste parti di base fin dal primo modello:

  • CPU
  • Bus
  • Memory

processore

La CPU è fabbricata come un circuito integrato su larga scala (VLSI) e ha queste parti:

  • Instruction register - Contiene l'istruzione da eseguire.

  • Decoder - Decodifica (converte in linguaggio a livello macchina) l'istruzione e la invia all'ALU (Arithmetic Logic Unit).

  • ALU - Ha circuiti necessari per eseguire operazioni aritmetiche, logiche, di memoria, di registro e di programmazione.

  • Register- Contiene i risultati intermedi ottenuti durante l'elaborazione del programma. I registri vengono utilizzati per contenere tali risultati piuttosto che la RAM perché l'accesso ai registri è quasi 10 volte più veloce dell'accesso alla RAM.

Autobus

Le linee di collegamento utilizzate per collegare le parti interne del chip del microprocessore sono chiamate bus. Esistono tre tipi di bus in un microprocessore:

  • Data Bus- Le linee che trasportano dati da e verso la memoria sono chiamate bus dati. È un bus bidirezionale con larghezza pari alla lunghezza della parola del microprocessore.

  • Address Bus - È unidirezionale responsabile del trasporto dell'indirizzo di una posizione di memoria o di una porta I / O dalla CPU alla memoria o alla porta I / O.

  • Control Bus - Linee che trasportano segnali di controllo come clock signals, interrupt signal o ready signalsono chiamati bus di controllo. Sono bidirezionali. Viene chiamato il segnale che indica che un dispositivo è pronto per l'elaborazioneready signal. Il segnale che indica a un dispositivo di interrompere il suo processo è chiamato uninterrupt signal.

Memoria

Il microprocessore ha due tipi di memoria

  • RAM- La memoria ad accesso casuale è una memoria volatile che viene cancellata allo spegnimento. Tutti i dati e le istruzioni vengono memorizzati nella RAM.

  • ROM- La memoria di sola lettura è una memoria non volatile i cui dati rimangono intatti anche dopo lo spegnimento. Il microprocessore può leggere da esso ogni volta che vuole ma non può scrivere su di esso. È preprogrammato con i dati più essenziali come la sequenza di avvio dal produttore.