Типовой микропроцессор

Рис. Упрощенная схема микропроцессора с пятью регистрами, блоком управления и арифметико-логическим устройством

На рисунке показана архитектура упрошенного микропроцессора, которая содержит пять регистров, блок управлении и арифметико-логическое устройство (arithmetic logic unit — ALU).

Регистр кода операции (operation code register — OSR) используется для сохранения команды (кода операции), выполняемой в текуший момент. Блок управления использует содержимое OSR. чтобы определить требуемые действия.

Регистр временного адреса (temporary addicts register — TAR) используется для сохранения операнда команды, если таковой должен быть обработан как адрес. Он выдает содержимое на шину адреса.

Регистр хранения данных (temporary address register — TDR) используется для хранения информации, которая должна быть обработана арифметическим устройством, поэтому выход регистра является входом в ALU.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические или логические операции с данными, сохраняемым в регистре данных и в аккумуляторе.

Аккумулятор (АС) — это тоже регистр, который доступен программисту и используется для удержания такой информации, как результат текущей операции.

Регистр указателя команд (instruction pointer — IP, счетчик команд) выведен на шину адреса, чтобы его содержимое можно было использовать для адресации команд программы в основной памяти. Он является инкрементным регистром, то есть его содержимое может быть увеличено на единицу непосредственно сигналом от блока управления.

Выполнение команд в микропроцессоре происходит шаг за шагом на основе сигналов управления, поступающих от блока управления по внутренней шине команд. Блок управления выдает сигналы в соответствии с получаемыми синхроимпульсами.

Процесс выполнения команды состоит в следующем:

1. Блок управления получает синхроимпульс.
2. Блок управления выдает команды.
3. Соответствующее устройство выполняет команду.
4. Блок управления получает синхроимпульс.
5. Блок управления выдает команду.
6. Соответствующее устройство выполняет команду, и т.д.

Ниже дана типичная последовательность команд для сложения одного числа с другим, уже находящимся в аккумуляторе:

1. Содержимое регистра IP помещается на шину адреса.
2. Считывается информация из основной памяти и помешается на шину данных.
3. Информация на шине данных копируется в регистр кода операции OSR.
4. Содержимое регистра IР увеличивается на 1.
5. Содержимое регистра IP помешается на шину адреса.
6. Информация из основном памяти помещается на шину данных.
7. Информация на шине данных копируется в регистр данных TDR.
8. Арифметическое устройство складывает содержимое регистров TDR и АС и помещает результат на шину данных.
9. Информация на шине данных копируется в регистр аккумулятора АС.
10. Содержимое IР увеличивается на 1.

Теперь аккумулятор хранит результат текущей операции. Шаги с 1 по 4 представляют последовательность выборки, а шаги с 5 по 10 — последовательность выполнения. Если последовательность выборки-выполнения, описанная выше, была повторена, скажем, раз 9, это было бы эквивалентно умножению числа в аккумуляторе на 10! Это наглядный пример того, на каком базовом уровне осуществляются операции внутри компьютера.

Теперь предстоит совершить огромный шаг вперед. Можно проследить, как микропроцессор в устройстве управления двигателем сравниваем значение, расположенное в ячейке оперативной памяти RAM, со значением в ячейке постоянной памяти ROM. Например, результат сравнения мгновенной скорости вращения двигателя в RAM с таблицей данных в ROM может использоваться для изменения момента зажигания в соответствии с заданной в «прошивке» зависимостью.