Развитие высоких технологий позволило существенно упростить жизнь человека и повысить эффективность труда. Во многом, мы обязаны этому благодаря компьютерам. В наши дни эти машины являются не предметом роскоши, а средством необходимости.

Однако задавались ли вы когда-нибудь вопросами, касающимися устройства и принципа работы компьютера? Он состоит из множества комплектующих, главным из которых выступает микропроцессор. Однако на сегодняшний день существует несколько разновидностей этих устройств, каждая из которых обладает своими индивидуальными особенностями и техническими характеристиками.

Определение

Микропроцессор — это особая категория устройств, которая относится к разряду программно управляемых. Основной задачей этого устройства является обработка электронной информации. Основными критериями, которых придерживаются компании при производстве микропроцессоров, являются небольшие размеры и высокая функциональность. В основе микропроцессором лежат сверхбольшие интегральные схемы, которые обладают следующими преимуществами:

— дешевизна;
— простота производства;
— маленькие размеры;
— высокая производительность;
— низкое потребление электроэнергии.

Стоит отметить, что различные типы микропроцессоров обладают и различными конструктивными особенностями, которые, в свою очередь, зависят от типа архитектуры, на базе которой они были изготовлены.

Функции

Все микропроцессоры, независимо от архитектуры, конструктивных особенностей, технологического процесса и других факторов, предназначены для выполнения следующих задач:

— считывание и дешифрование команд, поступаемых из памяти;
— обработка команд, которые поступают от адаптеров внешних устройств;
— считывание данных, хранящихся в ОЗУ;
— управление работой всех элементов и узлов компьютера, при помощи управляющих команд;
— обработка и запись данных в RAM-память.

Все микропроцессоры можно разделить на три типа: CISC, RISC и MISC, каждый из которых отличается определенным набором команд. Помимо этого, каждая группа обладает определенными техническими характеристиками, которые определяют уровень производительности этих устройств.

Характеристики микропроцессоров CISC

Основная область их применения — вычислительные сети. Они обладают отличной многозадачностью и системой защиты памяти. Этот тип может работать в защищенном и реальном режиме. Для первого характерен прямой доступ к памяти компьютера и высокая многозадачность. Помимо этого, они полностью защищены от всех обращений, поступающих из внешней среды. Во втором режиме работы происходит эмуляция функционирования шестнадцатибитного микропроцессора 8086, для которого характерна однозадачность.

Характеристики микропроцессоров RISC

В этом типе реализован набор основных команд, используемых в работе системы. Если возникает необходимость выполнения сложных задач, то для этого требуется сборка определенной вариации микропроцессора, обладающего нужным набором функций. Все команды выполняются в параллельном режиме, поэтому для выполнения каждой из них требуется всего один машинный такт. Чтобы было понятнее, для выполнения одной команды предыдущему типу микропроцессоров, рассмотренному ранее, требуется целых четыре такта.

Структура микропроцессора

В основе любого микропроцессора лежит две составляющие части:

— Операционная, в состав которой входит устройства управления, АЛУ и модуль памяти.
— Интерфейсная, которая состоит из адресных регистров, блока команд и схем управления микропроцессорной шиной и всеми портами.

Не менее важной характеристикой микропроцессора является и его архитектура, от которой зависят ключевые особенности девайса и его функциональные возможности. В наши дни существует три типа архитектуры, на базе которой производятся все модели микропроцессоров: CISC, RISC и MISC. Основное различие между ними заключается в наборе регистров, которые объединяются в различные группы, работающие с определенной долей опережения. Подобная реализация позволяет работать микропроцессору по типу конвейера, благодаря чему существенно увеличивается его производительность и быстродействие.

Архитектура CISC

Этот тип архитектуры представляет собой набор комплексных инструкций, управляющих работой компьютера. Ключевыми особенностями этой технологии являются:

— обладает широким набором команд с различной длиной, форматом и функционалом;
— используется несколько типов адресации данных;
— реализована очень сложная система кодировки команд.

Таким образом, микропроцессоры, разработанные на базе этой архитектуры, представляют собой сложные устройства, основным преимуществом которых является большая функциональность.

Архитектура RISC

Этот тип архитектуры представляет собой набор однородных команд и обладает следующими характеристиками:

— В архитектуре RISC используется упрощенный набор инструкций, которые обладают простой системой кодировки и идентичным форматом построения. Обмен данными с оперативной памятью осуществляется при помощи загрузочных инструкций.
— Микропроцессоры, созданные по этой технологии, обладают более высокой производительностью, однако, в их состав входит меньшее количество супербольших интегральных схем, а также их частота работы может быть существенно ниже, чем у микропроцессоров CISC.
— Меньшая зависимость от RAM-памяти;
— Более сложный процесс отладки программного обеспечения;
— Несовместимость с программами, разработанными под архитектуру CISC.

Архитектура MISC

Эта архитектура представляет собой многоцелевые команды, управляющие функционированием компьютера. По конструктивным особенностям и принципу работы, имеют много общего с рассмотренными выше архитектурами. Элементная база подбирается отдельно и помещается в единый корпус. Выполнение простых команд осуществляется в один такт, а при реализации сложных инструкций в работу вступают сложные команды, которые хранятся в интегрированном модуле памяти.