Συστήματα μικροεπεξεργαστών

Η χρήση συστημάτων μικροεπεξεργαστή σε όλες σχεδόν τις ηλεκτρικές συσκευές είναι το σημαντικότερο χαρακτηριστικό της τεχνικής υποδομής της σύγχρονης κοινωνίας. Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, βιομηχανίας, μεταφορών, επικοινωνιών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από συστήματα ελέγχου υπολογιστών. Τα συστήματα μικροεπεξεργαστών είναι ενσωματωμένα σε όργανα μέτρησης, ηλεκτρικές συσκευές, εγκαταστάσεις φωτισμού κ.λπ.

Όλα αυτά υποχρεώνουν τον ηλεκτρολόγο μηχανικό να γνωρίζει τουλάχιστον τα βασικά της τεχνολογίας μικροεπεξεργαστών.

Τα συστήματα μικροεπεξεργαστών έχουν σχεδιαστεί για να αυτοματοποιούν την επεξεργασία πληροφοριών και να ελέγχουν διάφορες διαδικασίες.

Ο όρος "σύστημα μικροεπεξεργαστή" είναι πολύ ευρύς και περιλαμβάνει έννοιες όπως "ηλεκτρονική υπολογιστική μηχανή (ECM)", "υπολογιστής ελέγχου", "υπολογιστής" και άλλες.

Το σύστημα μικροεπεξεργαστή περιλαμβάνει Υλικό ή στα Αγγλικά — υλικό και λογισμικό (Λογισμικό) — λογισμικό.

Ψηφιακές πληροφορίες

Το σύστημα μικροεπεξεργαστή λειτουργεί με ψηφιακές πληροφορίες, οι οποίες είναι μια σειρά αριθμητικών κωδικών.

Στον πυρήνα κάθε συστήματος μικροεπεξεργαστή βρίσκεται ένας μικροεπεξεργαστής που μπορεί να δεχθεί μόνο δυαδικούς αριθμούς (που αποτελούνται από 0 και 1).Οι δυαδικοί αριθμοί γράφονται χρησιμοποιώντας το δυαδικό σύστημα αριθμών. Για παράδειγμα, στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιούμε ένα δεκαδικό σύστημα αριθμών που χρησιμοποιεί δέκα χαρακτήρες ή ψηφία για να γράψει αριθμούς, 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Κατά συνέπεια, στο δυαδικό σύστημα υπάρχουν μόνο δύο τέτοια σύμβολα (ή ψηφία) - 0 και 1.

Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ότι το σύστημα αριθμών είναι μόνο οι κανόνες για τη γραφή αριθμών και η επιλογή του τύπου συστήματος θα καθοριστεί από την ευκολία χρήσης. Η επιλογή ενός δυαδικού συστήματος οφείλεται στην απλότητά του, που σημαίνει την αξιοπιστία των ψηφιακών συσκευών και την ευκολία στην τεχνική υλοποίησή τους.

Εξετάστε τις μονάδες μέτρησης της ψηφιακής πληροφορίας:

Ένα bit (από το αγγλικό «BInary digiT» — δυαδικό ψηφίο) παίρνει μόνο δύο τιμές: 0 ή 1. Μπορείτε να κωδικοποιήσετε τη λογική τιμή «ναι» ή «όχι», την κατάσταση «on» ή «off», την κατάσταση « ανοιχτό» «ή» κλειστό «κ.λπ.

Μια ομάδα οκτώ bit ονομάζεται byte, για παράδειγμα 10010111. Ένα byte σάς επιτρέπει να κωδικοποιήσετε 256 τιμές: 00000000 — 0, 11111111 — 255.

Το bit είναι η μικρότερη μονάδα πληροφοριών.

Byte — η μικρότερη μονάδα επεξεργασίας πληροφοριών. Byte - μέρος μιας λέξης μηχανής, που συνήθως αποτελείται από 8 bit και χρησιμοποιείται ως μονάδα για την ποσότητα των πληροφοριών κατά την αποθήκευση, τη μετάδοση και την επεξεργασία της σε υπολογιστή. Ένα byte χρησιμεύει για να αναπαραστήσει γράμματα, συλλαβές και ειδικούς χαρακτήρες (που συνήθως καταλαμβάνουν και τα 8 bit) ή δεκαδικά ψηφία (κάθε 2 ψηφία σε 1 byte).

Δύο συνεχόμενα byte ονομάζονται λέξη, 4 byte διπλή λέξη, 8 byte τετραπλή λέξη.

Σχεδόν όλες οι πληροφορίες που μας περιβάλλουν είναι αναλογικές. Επομένως, πριν οι πληροφορίες εισέλθουν στον επεξεργαστή για επεξεργασία, μετατρέπονται χρησιμοποιώντας έναν ADC (αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα).Επιπλέον, οι πληροφορίες κωδικοποιούνται σε συγκεκριμένη μορφή και μπορεί να είναι ψηφιακές, λογικές, κειμενικές (συμβολικές), γραφικές, βίντεο κ.λπ.

Για παράδειγμα, ένας πίνακας κωδικών ASCII (από το English American Standard Code for Information Interchange) χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση πληροφοριών κειμένου. Ένας χαρακτήρας γράφεται σε ένα byte, το οποίο μπορεί να λάβει 256 τιμές. Οι γραφικές πληροφορίες χωρίζονται σε κουκκίδες (pixel) και το χρώμα και η θέση κάθε κουκκίδας κωδικοποιούνται οριζόντια και κάθετα.

Εκτός από τα δυαδικά και δεκαδικά συστήματα, το MS χρησιμοποιεί ένα δεκαεξαδικό σύστημα στο οποίο τα σύμβολα 0 ... 9 και A ... F χρησιμοποιούνται για την εγγραφή αριθμών. Η χρήση του οφείλεται στο γεγονός ότι ένα byte περιγράφεται από δύο -ψήφιος δεκαεξαδικός αριθμός, ο οποίος μειώνει σημαντικά την εγγραφή του αριθμητικού κωδικού και τον κάνει πιο ευανάγνωστο (11111111 — FF).

Πίνακας 1 — Γράψιμο αριθμών σε διαφορετικά συστήματα αριθμών

Για να προσδιορίσετε την τιμή του αριθμού (για παράδειγμα, η τιμή του αριθμού 100 για διαφορετικά συστήματα αριθμών μπορεί να είναι 42, 10010, 25616), στο τέλος του αριθμού προσθέστε ένα λατινικό γράμμα που δείχνει το σύστημα αριθμών: για δυαδικούς αριθμούς το γράμμα β, για δεκαεξαδικούς αριθμούς — h , για δεκαδικούς αριθμούς — d. Ένας αριθμός χωρίς πρόσθετο προσδιορισμό θεωρείται δεκαδικός.

Η μετατροπή αριθμών από ένα σύστημα σε άλλο και βασικές αριθμητικές και λογικές πράξεις με αριθμούς σάς επιτρέπει να φτιάξετε μια αριθμομηχανή μηχανικής (τυπική εφαρμογή του λειτουργικού συστήματος Windows).

Δομή συστήματος μικροεπεξεργαστή

Το σύστημα μικροεπεξεργαστή βασίζεται σε έναν μικροεπεξεργαστή (επεξεργαστή) που εκτελεί λειτουργίες επεξεργασίας και ελέγχου πληροφοριών. Οι υπόλοιπες συσκευές που απαρτίζουν το σύστημα μικροεπεξεργαστή εξυπηρετούν τον επεξεργαστή βοηθώντας τον να λειτουργήσει.

Υποχρεωτικές συσκευές για τη δημιουργία συστήματος μικροεπεξεργαστή είναι οι θύρες εισόδου/εξόδου και εν μέρει η μνήμη... Οι θύρες εισόδου - εξόδου συνδέουν τον επεξεργαστή με τον έξω κόσμο παρέχοντας πληροφορίες για την επεξεργασία και την έξοδο των αποτελεσμάτων των ενεργειών επεξεργασίας ή ελέγχου. Κουμπιά (πληκτρολόγιο), διάφοροι αισθητήρες συνδέονται στις θύρες εισόδου. στις θύρες εξόδου — συσκευές που επιτρέπουν ηλεκτρικό έλεγχο: ενδείξεις, ενδείξεις, επαφές, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, ηλεκτροκινητήρες κ.λπ.

Η μνήμη απαιτείται κυρίως για την αποθήκευση ενός προγράμματος (ή συνόλου προγραμμάτων) που είναι απαραίτητο για τη λειτουργία του επεξεργαστή. Ένα πρόγραμμα είναι μια ακολουθία εντολών που κατανοεί ο επεξεργαστής, γραμμένες από έναν άνθρωπο (συνήθως προγραμματιστή).

Η δομή ενός συστήματος μικροεπεξεργαστή φαίνεται στο Σχήμα 1. Σε απλοποιημένη μορφή, ο επεξεργαστής αποτελείται από μια αριθμητική λογική μονάδα (ALU) που επεξεργάζεται ψηφιακές πληροφορίες και μια μονάδα ελέγχου (CU).

Η μνήμη περιλαμβάνει συνήθως τη μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM), η οποία είναι μη πτητική και προορίζεται για μακροπρόθεσμη αποθήκευση πληροφοριών (π.χ. προγράμματα) και τη μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM), που προορίζεται για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων.

Σχήμα 1 — Η δομή του συστήματος μικροεπεξεργαστή

Ο επεξεργαστής, οι θύρες και η μνήμη επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω διαύλων. Ένα λεωφορείο είναι ένα σύνολο συρμάτων που είναι λειτουργικά ενωμένα. Ένα ενιαίο σύνολο διαύλων συστήματος ονομάζεται ενδοσυστημικός δίαυλος, στον οποίο υπάρχουν:

• Δίαυλος δεδομένων DB (Data Bus), μέσω του οποίου ανταλλάσσονται δεδομένα μεταξύ του επεξεργαστή, της μνήμης και των θυρών.

• Δίαυλος διευθύνσεων AB (Δίαυλος Διεύθυνσης), που χρησιμοποιείται για τη διευθυνσιοδότηση των κελιών μνήμης και των θυρών του επεξεργαστή.

• Δίαυλος ελέγχου CB (Control Bus), ένα σύνολο γραμμών που μεταδίδουν διάφορα σήματα ελέγχου από τον επεξεργαστή σε εξωτερικές συσκευές και αντίστροφα.

Μικροεπεξεργαστές

Μικροεπεξεργαστής — συσκευή ελεγχόμενη από λογισμικό σχεδιασμένη για την επεξεργασία ψηφιακών πληροφοριών και τον έλεγχο της διαδικασίας αυτής της επεξεργασίας, κατασκευασμένη με τη μορφή ενός (ή περισσοτέρων) ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με υψηλό βαθμό ολοκλήρωσης ηλεκτρονικών στοιχείων.

Ένας μικροεπεξεργαστής χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό παραμέτρων, καθώς είναι ταυτόχρονα μια σύνθετη συσκευή ελεγχόμενη από λογισμικό και μια ηλεκτρονική συσκευή (μικροκύκλωμα). Επομένως, για έναν μικροεπεξεργαστή, τόσο ο τύπος θήκης όσο και το σύνολο εντολών για τον επεξεργαστή… Οι δυνατότητες ενός μικροεπεξεργαστή ορίζονται από την έννοια της αρχιτεκτονικής μικροεπεξεργαστή.

Το πρόθεμα «micro» στο όνομα του επεξεργαστή σημαίνει ότι υλοποιείται χρησιμοποιώντας τεχνολογία micron.

Εικόνα 2 — Εξωτερική άποψη του μικροεπεξεργαστή Intel Pentium 4

Κατά τη λειτουργία, ο μικροεπεξεργαστής διαβάζει εντολές προγράμματος από τη μνήμη ή μια θύρα εισόδου και τις εκτελεί. Το τι σημαίνει κάθε εντολή καθορίζεται από το σύνολο εντολών του επεξεργαστή.Το σύνολο εντολών είναι ενσωματωμένο στην αρχιτεκτονική του μικροεπεξεργαστή και η εκτέλεση του κώδικα εντολής εκφράζεται στην εκτέλεση ορισμένων μικρολειτουργιών από τα εσωτερικά στοιχεία του επεξεργαστή.

Αρχιτεκτονική μικροεπεξεργαστή — αυτή είναι η λογική οργάνωση του. ορίζει τις δυνατότητες του μικροεπεξεργαστή όσον αφορά την εφαρμογή υλικού και λογισμικού των λειτουργιών που απαιτούνται για την κατασκευή ενός συστήματος μικροεπεξεργαστή.

Κύρια χαρακτηριστικά των μικροεπεξεργαστών:

1) Συχνότητα ρολογιού (μονάδα μέτρησης MHz ή GHz) — ο αριθμός των παλμών ρολογιού σε 1 δευτερόλεπτο.Οι παλμοί ρολογιού παράγονται από μια γεννήτρια ρολογιού, η οποία συνήθως βρίσκεται μέσα στον επεξεργαστή. Επειδή όλες οι λειτουργίες (εντολές) εκτελούνται σε κύκλους ρολογιού, τότε η απόδοση εργασίας (ο αριθμός των λειτουργιών που εκτελούνται ανά μονάδα χρόνου) εξαρτάται από τη συχνότητα ρολογιού. Η συχνότητα του επεξεργαστή μπορεί να ποικίλλει εντός ορισμένων ορίων.

2) Επεξεργαστής bit (8, 16, 32, 64 bit, κ.λπ.) — καθορίζει τον αριθμό των byte δεδομένων που υποβάλλονται σε επεξεργασία σε έναν κύκλο ρολογιού. Το πλάτος bit ενός επεξεργαστή καθορίζεται από το πλάτος bit των εσωτερικών καταχωρητών του. Ένας επεξεργαστής μπορεί να είναι 8-bit, 16-bit, 32-bit, 64-bit, κ.λπ. Τα δεδομένα υποβάλλονται σε επεξεργασία σε κομμάτια των 1, 2, 4, 8 byte. Είναι σαφές ότι όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος του bit, τόσο μεγαλύτερη είναι η παραγωγικότητα της εργασίας.

Εσωτερική αρχιτεκτονική του μικροεπεξεργαστή

Μια απλοποιημένη εσωτερική αρχιτεκτονική ενός τυπικού μικροεπεξεργαστή 8-bit φαίνεται στο Σχήμα 3. Η δομή του μικροεπεξεργαστή μπορεί να χωριστεί σε τρία κύρια μέρη:

1) Μητρώα για προσωρινή αποθήκευση εντολών, δεδομένων και διευθύνσεων.

2) Αριθμητική λογική μονάδα (ALU) που εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις.

3) Κύκλωμα ελέγχου και χρονισμού — παρέχει επιλογή εντολών, οργανώνει τη λειτουργία της ALU, παρέχει πρόσβαση σε όλους τους καταχωρητές μικροεπεξεργαστή, αντιλαμβάνεται και παράγει εξωτερικά σήματα ελέγχου.

Εικόνα 3 — Απλοποιημένη εσωτερική αρχιτεκτονική ενός μικροεπεξεργαστή 8-bit

Όπως μπορείτε να δείτε από το διάγραμμα, ο επεξεργαστής βασίζεται σε καταχωρητές, οι οποίοι χωρίζονται σε καταχωρητές ειδικών (με συγκεκριμένο σκοπό) και καταχωρητές γενικού σκοπού.

Μετρητής προγράμματος (υπολογιστής) — ένας καταχωρητής που περιέχει τη διεύθυνση του επόμενου byte εντολής. Ο επεξεργαστής πρέπει να γνωρίζει ποια εντολή θα εκτελεστεί στη συνέχεια.

Μπαταρία — ένας καταχωρητής που χρησιμοποιείται στις περισσότερες εντολές για λογική και αριθμητική επεξεργασία. Είναι τόσο η πηγή ενός από τα byte δεδομένων που απαιτούνται για τη λειτουργία ALU όσο και το μέρος όπου τοποθετείται το αποτέλεσμα της λειτουργίας ALU.

Ένας καταχωρητής συναρτήσεων (ή καταχωρητής σημαίας) περιέχει πληροφορίες σχετικά με την εσωτερική κατάσταση του μικροεπεξεργαστή, συγκεκριμένα το αποτέλεσμα της τελευταίας λειτουργίας ALU. Ένας καταχωρητής σημαίας δεν είναι ένας καταχωρητής με τη συνήθη έννοια, αλλά απλώς ένα σύνολο από flip flops (σημαία επάνω ή κάτω. Συνήθως υπάρχουν σημαίες μηδέν, υπερχείλισης, αρνητικές και φέρουσες).

Δείκτης στοίβας (SP) — παρακολουθεί τη θέση της στοίβας, δηλαδή περιέχει τη διεύθυνση του κελιού που χρησιμοποιήθηκε τελευταία. Στοίβα — ένας τρόπος οργάνωσης της αποθήκευσης δεδομένων.

Ένας καταχωρητής εντολών περιέχει το τρέχον byte εντολής που αποκωδικοποιείται από τον αποκωδικοποιητή εντολών.

Οι εξωτερικές γραμμές διαύλου απομονώνονται από τις εσωτερικές γραμμές διαύλου με buffer και τα κύρια εσωτερικά στοιχεία συνδέονται με έναν εσωτερικό δίαυλο δεδομένων υψηλής ταχύτητας.

Για να βελτιωθεί η απόδοση ενός συστήματος πολλαπλών επεξεργαστών, οι λειτουργίες του κεντρικού επεξεργαστή μπορούν να κατανεμηθούν μεταξύ πολλών επεξεργαστών. Για να βοηθήσει τον κεντρικό επεξεργαστή, ο υπολογιστής συχνά εισάγει συν-επεξεργαστές, εστιασμένους στην αποτελεσματική εκτέλεση οποιωνδήποτε συγκεκριμένων λειτουργιών. Ευρέως διαδεδομένοι μαθηματικοί και γραφικοί συν-επεξεργαστές, είσοδος και έξοδος που εκφορτώνει τον κεντρικό επεξεργαστή από απλές αλλά πολυάριθμες λειτουργίες αλληλεπίδρασης με εξωτερικές συσκευές.

Στο παρόν στάδιο, η κύρια κατεύθυνση αύξησης της παραγωγικότητας είναι η ανάπτυξη πολυπύρηνων επεξεργαστών, δηλ. συνδυάζοντας δύο ή περισσότερους επεξεργαστές σε μία περίπτωση για την εκτέλεση πολλών λειτουργιών παράλληλα (ταυτόχρονα).

Η Intel και η AMD είναι οι κορυφαίες εταιρείες στο σχεδιασμό και την κατασκευή επεξεργαστών.

Αλγόριθμος συστήματος μικροεπεξεργαστή

Αλγόριθμος — μια ακριβής συνταγή που ορίζει μοναδικά τη διαδικασία μετατροπής των αρχικών πληροφοριών σε μια ακολουθία πράξεων που επιτρέπουν την επίλυση ενός συνόλου εργασιών μιας συγκεκριμένης κατηγορίας και την απόκτηση του επιθυμητού αποτελέσματος.

Το κύριο στοιχείο ελέγχου ολόκληρου του συστήματος μικροεπεξεργαστή είναι ένας επεξεργαστής... Αυτός, με εξαίρεση μερικές ειδικές περιπτώσεις, ελέγχει όλες τις άλλες συσκευές. Οι υπόλοιπες συσκευές, όπως οι θύρες RAM, ROM και I/O, είναι δευτερεύουσες.

Μόλις ενεργοποιηθεί, ο επεξεργαστής αρχίζει να διαβάζει ψηφιακούς κωδικούς από την περιοχή μνήμης που είναι δεσμευμένη για την αποθήκευση προγραμμάτων. Η ανάγνωση γίνεται διαδοχικά κελί προς κελί, ξεκινώντας από το πρώτο κιόλας. Ένα κελί περιέχει δεδομένα, διευθύνσεις και εντολές. Μια εντολή είναι μια από τις στοιχειώδεις ενέργειες που μπορεί να εκτελέσει ένας μικροεπεξεργαστής. Όλη η εργασία του μικροεπεξεργαστή περιορίζεται σε διαδοχική ανάγνωση και εκτέλεση εντολών.

Εξετάστε τη σειρά ενεργειών του μικροεπεξεργαστή κατά την εκτέλεση των εντολών του προγράμματος:

1) Πριν από την εκτέλεση της επόμενης εντολής, ο μικροεπεξεργαστής αποθηκεύει τη διεύθυνσή του στον μετρητή προγραμμάτων υπολογιστή.

2) Το MP αποκτά πρόσβαση στη μνήμη στη διεύθυνση που περιέχεται στον υπολογιστή και διαβάζει από τη μνήμη το πρώτο byte της επόμενης εντολής στον καταχωρητή εντολών.

3) Ο αποκωδικοποιητής εντολών αποκωδικοποιεί (αποκρυπτογραφεί) τον κωδικό εντολής.

4) Σύμφωνα με τις πληροφορίες που λαμβάνονται από τον αποκωδικοποιητή, η μονάδα ελέγχου δημιουργεί μια χρονικά διατεταγμένη ακολουθία μικρολειτουργιών που εκτελούν τις οδηγίες εντολών, συμπεριλαμβανομένων:

— ανακτά τελεστές από καταχωρητές και μνήμη.

— εκτελεί αριθμητικές, λογικές ή άλλες πράξεις σε αυτές, όπως ορίζεται από τον κώδικα εντολής·

— ανάλογα με το μήκος της εντολής, αλλάζει τα περιεχόμενα του υπολογιστή.

— μεταφέρει τον έλεγχο στην επόμενη εντολή της οποίας η διεύθυνση βρίσκεται και πάλι στον μετρητή προγράμματος υπολογιστή.

Το σύνολο εντολών για έναν μικροεπεξεργαστή μπορεί να χωριστεί σε τρεις ομάδες:

1) Εντολές για τη μετακίνηση δεδομένων

Η μεταφορά πραγματοποιείται μεταξύ θύρας μνήμης, επεξεργαστή, I/O (κάθε θύρα έχει τη δική της διεύθυνση), μεταξύ καταχωρητών επεξεργαστή.

2) Εντολές μετασχηματισμού δεδομένων

Όλα τα δεδομένα (κείμενο, εικόνα, βίντεο κ.λπ.) είναι αριθμοί και μόνο αριθμητικές και λογικές πράξεις μπορούν να εκτελεστούν με αριθμούς. Επομένως, οι εντολές αυτής της ομάδας περιλαμβάνουν πρόσθεση, αφαίρεση, σύγκριση, λογικές πράξεις κ.λπ.

3) Μεταβίβαση εντολής ελέγχου

Είναι πολύ σπάνιο ένα πρόγραμμα να αποτελείται από μία μόνο διαδοχική εντολή. Οι περισσότεροι αλγόριθμοι απαιτούν διακλάδωση προγράμματος. Για να αλλάξει το πρόγραμμα τον αλγόριθμο της εργασίας του, ανάλογα με οποιαδήποτε συνθήκη, χρησιμοποιούνται εντολές μεταφοράς ελέγχου. Αυτές οι εντολές διασφαλίζουν τη ροή της εκτέλεσης του προγράμματος κατά μήκος διαφορετικών μονοπατιών και οργανώνουν βρόχους.

Εξωτερικές συσκευές

Οι εξωτερικές συσκευές περιλαμβάνουν όλες τις συσκευές που είναι εξωτερικές στον επεξεργαστή (εκτός από τη μνήμη RAM) και συνδέονται μέσω θυρών I/O. Οι εξωτερικές συσκευές μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις ομάδες:

1) συσκευές επικοινωνίας ανθρώπου-υπολογιστή (πληκτρολόγιο, οθόνη, εκτυπωτής κ.λπ.)

2) συσκευές επικοινωνίας με αντικείμενα ελέγχου (αισθητήρες, ενεργοποιητές, ADC και DAC).

3) εξωτερικές συσκευές αποθήκευσης μεγάλης χωρητικότητας (σκληρός δίσκος, δισκέτες).

Οι εξωτερικές συσκευές συνδέονται με το σύστημα μικροεπεξεργαστή φυσικά — μέσω συνδέσμων και λογικά — μέσω θυρών (ελεγκτές).

Ένα σύστημα διακοπής (μηχανισμός) χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση μεταξύ του επεξεργαστή και των εξωτερικών συσκευών.

Σύστημα διακοπής

Αυτός είναι ένας ειδικός μηχανισμός που επιτρέπει ανά πάσα στιγμή, μέσω ενός εξωτερικού σήματος, να αναγκάσει τον επεξεργαστή να σταματήσει την εκτέλεση του κύριου προγράμματος, να εκτελέσει λειτουργίες που σχετίζονται με το συμβάν που προκάλεσε τη διακοπή και στη συνέχεια να επιστρέψει στην εκτέλεση του κύριου προγράμματος .

Κάθε μικροεπεξεργαστής έχει τουλάχιστον μία είσοδο αιτήματος διακοπής INT (από τη λέξη Διακοπή).

Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα της αλληλεπίδρασης ενός επεξεργαστή προσωπικού υπολογιστή με ένα πληκτρολόγιο (Εικόνα 4).

Πληκτρολόγιο — μια συσκευή για την εισαγωγή συμβολικών πληροφοριών και εντολών ελέγχου. Για να συνδέσετε το πληκτρολόγιο, ο υπολογιστής διαθέτει μια ειδική θύρα πληκτρολογίου (τσιπ).

Εικόνα 4 — Λειτουργία της CPU με το πληκτρολόγιο

Αλγόριθμος εργασίας:

1) Όταν πατηθεί ένα πλήκτρο, ο ελεγκτής πληκτρολογίου δημιουργεί έναν αριθμητικό κωδικό. Αυτό το σήμα πηγαίνει στο τσιπ της θύρας πληκτρολογίου.

2) Η θύρα του πληκτρολογίου στέλνει ένα σήμα διακοπής στην CPU. Κάθε εξωτερική συσκευή έχει τον δικό της αριθμό διακοπής με τον οποίο την αναγνωρίζει ο επεξεργαστής.

3) Μετά τη λήψη μιας διακοπής από το πληκτρολόγιο, ο επεξεργαστής διακόπτει την εκτέλεση του προγράμματος (για παράδειγμα, τον επεξεργαστή Microsoft Office Word) και φορτώνει το πρόγραμμα για την επεξεργασία κωδικών πληκτρολογίου από τη μνήμη. Ένα τέτοιο πρόγραμμα ονομάζεται πρόγραμμα οδήγησης.

4) Αυτό το πρόγραμμα κατευθύνει τον επεξεργαστή στη θύρα του πληκτρολογίου και ο αριθμητικός κώδικας φορτώνεται στον καταχωρητή του επεξεργαστή.

5) Ο ψηφιακός κωδικός αποθηκεύεται στη μνήμη και ο επεξεργαστής συνεχίζει να εκτελεί άλλη εργασία.

Λόγω της υψηλής ταχύτητας λειτουργίας, ο επεξεργαστής εκτελεί μεγάλο αριθμό διεργασιών ταυτόχρονα.