Dans un micro-ordinateur, comment appelle-t-on collectivement l’unité arithmétique et le contrôleur ?

Dans un micro-ordinateur, l'unité arithmétique et le contrôleur sont collectivement appelés « microprocesseur ». Un microprocesseur est une unité centrale de traitement composée d'un ou de quelques circuits intégrés à grande échelle ; de manière générale, une puce de microprocesseur est intégrée à des composants tels que des contrôleurs, des unités arithmétiques, des registres et des bus internes qui les connectent.

Dans un micro-ordinateur, l'unité arithmétique et le contrôleur sont collectivement appelés « microprocesseur ».

Le microprocesseur est une unité centrale de traitement composée d'un ou de quelques circuits intégrés à grande échelle. Ces circuits remplissent les fonctions de composants de contrôle et de composants arithmétiques et logiques.

De manière générale, une puce à microprocesseur intègre des composants tels que des contrôleurs, des unités arithmétiques, des registres et des bus internes les reliant.

Le microprocesseur peut effectuer des opérations telles que la récupération d'instructions, l'exécution d'instructions et l'échange d'informations avec la mémoire externe et les composants logiques. C'est la partie de contrôle informatique du micro-ordinateur. Il peut être combiné avec des puces de mémoire et des circuits périphériques pour former un micro-ordinateur.

Composition

Le microprocesseur se compose d'une unité logique arithmétique (ALU, Arithmetic Logical Unit) ; ; un compteur de programme (également appelé indicateur d'instruction) ; composants logiques de synchronisation et de contrôle ; composition des verrous/tampons de données et d'adresses ; L'opérateur et le contrôleur sont ses principaux composants.

Unité arithmétique et logique

L'unité arithmétique et logique ALU réalise principalement des opérations arithmétiques (+, -, ×, ÷, comparaison) et diverses opérations logiques (ET, OU, NOT, XOR, shift) et d'autres opérations. ALU est un circuit combinatoire et n'a pas pour fonction d'enregistrer des opérandes. Par conséquent, il doit avoir deux registres pour stocker les opérandes : le registre temporaire TMP et l'accumulateur AC. L'accumulateur fournit non seulement des opérandes à ALU mais reçoit également les résultats de l'opération d'ALU.

Le tableau de registres est en fait équivalent à la RAM à l'intérieur du microprocesseur. Il se compose de deux parties : un groupe de registres général et un groupe de registres spéciaux. Les registres généraux (A, B, C, D) sont utilisés pour. stocker les données participant aux opérations. Résultats ou adresses intermédiaires. Ils peuvent généralement être utilisés comme deux registres de 8 bits. Grâce à ces registres à l'intérieur du processeur, les accès fréquents à la mémoire peuvent être évités, la longueur des instructions et le temps d'exécution des instructions peuvent être raccourcis, la vitesse de fonctionnement de la machine peut être améliorée et la programmation peut être facilitée. Les registres spéciaux incluent le compteur de programme PC, le pointeur de pile SP et le registre de drapeau FR. Leurs fonctions sont fixes et sont utilisées pour stocker des adresses ou des valeurs de base d'adresses. Parmi eux :

A) Le compteur de programme PC est utilisé pour stocker l'adresse de la prochaine instruction à exécuter, il contrôle donc la séquence d'exécution du programme. Sous condition d'exécution séquentielle des instructions, chaque fois qu'un octet de l'instruction est récupéré, le contenu du PC est automatiquement augmenté de 1. Lorsqu'un transfert de programme a lieu, la nouvelle adresse d'instruction (adresse cible) doit être chargée dans le PC, ce qui est généralement implémenté par une instruction de transfert.

B) Le pointeur de pile SP est utilisé pour stocker l'adresse supérieure de la pile. La pile est une zone spécifique de la mémoire. Cela fonctionne selon la méthode "dernier entré, premier sorti". Lorsque de nouvelles données sont insérées dans la pile, les informations d'origine dans la pile restent inchangées et seule la position supérieure de la pile change. les données en haut de la pile sont affichées. Ajustez automatiquement la position supérieure de la pile. En d’autres termes, lorsque des données sont poussées ou extraites de la pile, cela est toujours effectué en haut de la pile. Une fois la pile initialisée (c'est-à-dire la position du bas de la pile en mémoire déterminée), le contenu du SP (c'est-à-dire la position du haut de la pile) est automatiquement géré par le CPU.

C) Le registre des drapeaux est également appelé registre des mots d'état du programme (PSW), qui est utilisé pour stocker les caractéristiques du résultat après l'exécution d'instructions d'opération arithmétiques et logiques. Par exemple, lorsque le résultat est 0, un indicateur de report ou de débordement est généré, etc.

La logique de synchronisation et de contrôle est le composant de contrôle principal du microprocesseur. Elle est chargée de contrôler l'ensemble de l'ordinateur, y compris la récupération des instructions de la mémoire, l'analyse des instructions (c'est-à-dire le décodage des instructions) pour déterminer le fonctionnement de l'instruction et l'adresse de l'opérande. et récupérer des instructions, effectuer des opérations spécifiées par des instructions, envoyer les résultats des opérations à la mémoire ou aux ports d'E/S, etc. Il envoie également des signaux de commande correspondants à d'autres composants du micro-ordinateur pour coordonner les composants internes et externes du CPU.

Le bus interne est utilisé pour connecter les composants fonctionnels du microprocesseur et transmettre des données et des signaux de contrôle au sein du microprocesseur.

Il convient de souligner que le microprocesseur lui-même ne peut pas constituer un système de travail indépendant, ni exécuter des programmes de manière indépendante. Il doit être équipé de mémoire et de dispositifs d'entrée et de sortie pour former un micro-ordinateur complet avant de pouvoir fonctionner de manière indépendante. .

Mémoire

La mémoire d'un micro-ordinateur est utilisée pour stocker des programmes et des données actuellement utilisés ou fréquemment utilisés. Les mémoires sont divisées en mémoire vive (RAM) et mémoire morte (ROM) en fonction des méthodes de lecture et d'écriture. La RAM est également appelée mémoire en lecture/écriture. Pendant le travail, le processeur peut lire ou écrire son contenu à tout moment selon les besoins. La RAM est une mémoire volatile, c'est-à-dire que son contenu sera perdu lors de la mise hors tension, elle ne peut donc stocker que des programmes et des données temporaires. Le contenu de la ROM peut uniquement être lu mais pas écrit. Les informations stockées dans la ROM restent inchangées après la mise hors tension. Il s'agit d'une mémoire non volatile. Par conséquent, la ROM est souvent utilisée pour stocker des programmes et des données permanents. Tels que le programme de démarrage initial, le programme de surveillance, le programme de gestion de base des entrées et des sorties BIOS dans le système d'exploitation, etc.

Interface E/S

Le circuit d'interface entrée/sortie est un composant important du micro-ordinateur. Il s'agit d'un circuit de contrôle logique pour micro-ordinateurs permettant de connecter des dispositifs d'entrée et de sortie externes et divers objets de contrôle et d'échanger des informations avec le monde extérieur. Étant donné que les périphériques ont des structures, des vitesses de travail, des formes de signal et des formats de données différents, ils ne peuvent pas être directement connectés au bus système. Les circuits d'interface d'entrée/sortie doivent être utilisés pour la conversion intermédiaire afin de réaliser l'échange d'informations avec le processeur. L'interface E/S est également appelée adaptateur E/S, et différents périphériques doivent être équipés de différents adaptateurs E/S. Le circuit d'interface E/S est une partie indispensable et importante du système d'application du micro-ordinateur. Le développement et la conception de tout système d'application pour micro-ordinateurs consistent en fait principalement au développement et à la conception d'interfaces d'E/S. Par conséquent, la technologie des interfaces d’E/S est l’un des contenus importants abordés dans ce cours, et nous la présenterons en détail au chapitre 8.

Bus

Le bus est un canal commun pour transmettre des informations entre les composants d'un système informatique et est un composant important d'un micro-ordinateur. Il se compose de plusieurs lignes de communication et de divers dispositifs de porte à trois états pour la conduite et l'isolation. Les micro-ordinateurs adoptent toujours une structure de bus en termes de structure, c'est-à-dire que les composants fonctionnels qui constituent le micro-ordinateur (microprocesseur, mémoire, circuit d'interface E/S, etc.) sont connectés via un bus. Il s'agit d'une structure unique des systèmes de micro-ordinateur. à. Après avoir adopté la structure du bus, la relation mutuelle entre les composants fonctionnels du système est transformée en une relation unique entre chaque composant face au bus. Tant qu'un composant (carte/carte fonctionnelle) est conforme à la norme du bus, il peut être connecté. au système utilisant cette norme de bus, facilitant ainsi l'extension ou la mise à jour des fonctions du système, une structure simple et une fiabilité grandement améliorée. Dans les micro-ordinateurs, les bus peuvent être divisés en quatre niveaux suivants en fonction de leur emplacement et de leur application, comme le montre la figure 1.4.

(1) Bus sur puce : il est situé à l'intérieur de la puce du microprocesseur, c'est pourquoi on l'appelle le bus interne de la puce. Il est utilisé pour l'interconnexion et la transmission d'informations entre l'ALU interne et les différents registres du microprocesseur (le bus interne de la figure 1.3 est le bus sur puce). En raison des limites de la surface de la puce et du nombre de broches externes, la plupart des bus sur puce adoptent une structure de bus unique, ce qui favorise l'amélioration de l'intégration et du rendement de la puce. S'il est nécessaire d'accélérer la transmission de données internes, un bus double ou un bus double. une structure à trois bus peut également être utilisée.

(2) Chip bus : le bus à puce est également appelé bus au niveau des composants (niveau puce) ou bus local. Les cartes mères de micro-ordinateur, les déclencheurs simples et autres cartes et cartes enfichables (telles que diverses cartes/cartes d'interface E/S) sont elles-mêmes un sous-système complet. La carte/carte contient un processeur, une RAM, une ROM et diverses interfaces E/S. de telles puces sont également connectées via des bus, car cela permet de simplifier la structure, de réduire les connexions, d'améliorer la fiabilité et de faciliter la transmission et le contrôle des informations. Le bus qui connecte les puces sur diverses cartes et cartes est généralement appelé bus à puce ou bus au niveau des composants.

Par rapport à un micro-ordinateur complet, diverses cartes/cartes ne sont qu'un sous-système et une partie, c'est pourquoi le bus à puce est également appelé bus local et est utilisé pour connecter les composants fonctionnels du micro-ordinateur. la carte enfichable est appelée bus système. Le bus local est un concept important que nous aborderons au chapitre 7.

(3) Bus interne : Le bus interne est également appelé bus système ou bus au niveau de la carte. Étant donné que ce bus est utilisé pour connecter les composants fonctionnels du micro-ordinateur afin de former un système de micro-ordinateur complet, comme le montre la figure 1.2, il est appelé bus système. Le bus système est le bus le plus important du système micro-informatique. Ce que les gens appellent généralement le bus micro-ordinateur fait référence au bus système, tel que le bus PC, le bus AT (bus ISA), le bus PCI, etc. Le bus système est l’un des points clés dont nous discuterons.

Les informations transmises sur le bus système comprennent des informations de données, des informations d'adresse et des informations de contrôle. Par conséquent, le bus système contient trois bus avec des fonctions différentes, à savoir le bus de données DB (Data Bus) et le bus d'adresse AB (Adresse). Bus) et le bus de contrôle CB (Control Bus), comme le montre la Figure 1.2.

Le bus de données DB est utilisé pour transmettre des informations de données. Le bus de données est un bus bidirectionnel à trois états, c'est-à-dire qu'il peut transmettre des données du CPU à d'autres composants tels que la mémoire ou les interfaces d'E/S, et peut également transmettre des données d'autres composants au CPU. Le nombre de bits dans le bus de données est un indicateur important d'un micro-ordinateur et correspond généralement à la longueur des mots du microprocesseur. Par exemple, la longueur des mots du microprocesseur Intel 8086 est de 16 bits et la largeur de son bus de données est également de 16 bits. Il convient de souligner que la signification des données est large. Il peut s'agir de données réelles, de codes d'instructions ou d'informations d'état, et parfois même d'informations de contrôle. Par conséquent, dans le travail réel, ce qui est transmis sur le bus de données n'est pas nécessairement juste. données au vrai sens du terme.

Le bus d'adresses AB est spécialement utilisé pour transmettre des adresses. Puisque l'adresse ne peut être transmise que du CPU vers la mémoire externe ou le port E/S, le bus d'adresses est toujours unidirectionnel et à trois états, ce qui est le cas. différent du bus de données. Le nombre de bits dans le bus d'adresses détermine la taille de l'espace mémoire que le processeur peut adresser directement. Par exemple, si le bus d'adresses d'un micro-ordinateur 8 bits est de 16 bits, son espace adressable maximum est de 2 ^ 16 = 64 Ko, et le bus d'adresses d'un micro-ordinateur 16 bits est de 2 ^ 16 = 64 Ko, son espace adressable est de 2 ^ 20 = 1 Mo. D'une manière générale, si le bus d'adresse est de n bits, l'espace adressable est de 2 ^ n octets.

Le bus de contrôle CB est utilisé pour transmettre des signaux de commande et des signaux de synchronisation. Parmi les signaux de commande, certains sont envoyés par le microprocesseur aux circuits de mémoire et d'interface E/S, tels que les signaux de lecture/écriture, les signaux de sélection de puce, les signaux de réponse d'interruption, etc. ; certains sont renvoyés au CPU par d'autres composants ; tels que : signaux d'application d'interruption, signal de réinitialisation, signal de demande de bus, signal prêt limité, etc. Par conséquent, le sens de transmission du bus de contrôle est déterminé par le signal de contrôle spécifique, qui est généralement bidirectionnel. Le nombre de bits dans le bus de contrôle est déterminé en fonction des besoins de contrôle réels du système. En fait, la situation spécifique du bus de contrôle dépend principalement du CPU.

(4) Bus externe : également appelé bus de communication. Il est utilisé pour la connexion et la communication entre deux systèmes, comme la communication entre deux systèmes micro-informatiques, ou entre un système micro-informatique et d'autres instruments électroniques ou équipements électroniques. Les bus de communication couramment utilisés incluent le bus IEEE-488, le bus VXI et le bus série RS-232. Le bus externe n'est pas inhérent au système micro-informatique lui-même, mais on le trouve uniquement dans les systèmes d'applications micro-informatiques.

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