Реклама:

Все современные процессоры помещаются на одной микросхеме. Это делает вполне определенным механизм их взаимодействия с остальными частями системы. Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые происходит обмен информацией с внешним миром. Одни выводы передают сигналы от центрального процессора, другие принимают сигналы от других компонентов, третьи делают то и другое. Изучив функции всех выводов, мы сможем узнать, как процессор взаимодействует с памятью и устройствами ввода-вывода на цифровом логическом уровне.

Выводы микросхемы центрального процессора можно подразделить на три типа: адресные, информационные и управляющие. Эти выводы связаны с соответствующими выводами на микросхемах памяти и микросхемах устройств ввода-вывода через набор параллельных проводов (так называемую шину). Чтобы вызвать команду, центральный процессор сначала посылает в память адрес этой команды по адресным выводам. Затем он задействует одну или несколько линий управления, чтобы сообщить памяти, что ему нужно, например, прочитать слово. Память выдает ответ, помещая требуемое слово на информационные выводы процессора и посылая сигнал о том, что это сделано. Когда центральный процессор получает этот сигнал, он считывает слово и выполняет вызванную команду.

Команда может требовать чтения или записи слов, содержащих данные. В этом случае весь процесс повторяется для каждого дополнительного слова. Как происходит процесс чтения и записи, мы подробно рассмотрим далее. А пока важно понять, что центральный процессор обменивается информацией с памятью и устройствами ввода-вывода, подавая сигналы на выводы и принимая сигналы на входы. Другого способа обмена информацией не существует.

Число адресных выводов и число информационных выводов - два ключевых параметра, которые определяют производительность процессора. Микросхема, содержащая т адресных выводов, может обращаться к 2т ячейкам памяти. Обычно т равно 16, 20, 32 или 64. Микросхема, содержащая п информационных выводов, может считывать или записывать п-разрядное слово за одну операцию. Обычно п равно 8, 16, 32, 36 или 64. Центральному процессору с 8 информационными выводами понадобится 4 операции, чтобы считать 32-разрядное слово, тогда как процессор, имеющий 32 информационных вывода, может сделать ту же работу в рамках одной операции. Следовательно, микросхема с 32 информационными выводами работает гораздо быстрее, но и стоит гораздо дороже.

Помимо адресных и информационных выводов, каждый процессор содержит управляющие выводы. Эти выводы позволяют регулировать и синхронизировать поток данных к процессору и от него, а также выполнять другие функции. Все процессоры содержат выводы для питания (обычно +3,3 В или +5 В), земли и синхронизирующего сигнала (меандра). Остальные выводы разнятся от процессора к процессору. Тем не менее управляющие выводы можно разделить на несколько основных категорий:

+ управление шиной;

+ прерывания;

+ арбитраж шины;

+ сигналы сопроцессора; + состояние; + разное.

Далее мы кратко опишем каждую из этих категорий, а когда мы будем рассматривать микросхемы Pentium 4, UltraSPARC III и 8051, дадим более подробную информацию. Схема типичного центрального процессора, в котором используются эти типы сигналов, изображена на рис. 3.32.

Микросхемы процессоров

Рис. 3.32. Цоколевка типичного центрального процессора. Стрелочки указывают входные и выходные сигналы. Короткие диагональные линии говорят о наличии нескольких выводов данного типа. Число этих выводов зависит от модели процессора

Выводы управления шиной по большей части представляют собой выходы из центрального процессора в шину (и, следовательно, входы микросхем памяти и микросхем устройств ввода-вывода). Они позволяют сообщить, что процессор хочет считать информацию из памяти или записать информацию в память, или сделать что-нибудь еще.

Выводы прерывания - это входы из устройств ввода-вывода в процессор. В большинстве систем процессор может дать сигнал устройству ввода-вывода начать операцию, а затем приступить к какому-нибудь другому действию, пока устройство ввода-вывода выполняет свою работу. Когда устройство ввода-вывода ее заканчивает, контроллер ввода-вывода посылает сигнал на один из выводов прерывания, чтобы прервать работу процессора и заставить его обслужить устройство ввода-вывода (например, проверить ошибки ввода-вывода). Некоторые процессоры содержат выходной вывод, призванный подтверждать получение сигнала прерывания.

Выводы арбитража шины нужны для того, чтобы регулировать поток информации в шине, то есть не допускать таких ситуаций, когда два устройства пытаются воспользоваться шиной одновременно. В плане арбитража центральный процессор считается просто одним из устройств.

Некоторые центральные процессоры могут работать с различными сопроцессорами (например, с графическими процессорами, процессорами для обработки значений с плавающей точкой и т. п.). Чтобы обеспечить обмен информацией между процессором и сопроцессором, используются специальные выводы.

Помимо этих выводов, у некоторых процессоров есть дополнительные выводы. Одни из них выдают или принимают информацию о состоянии, другие нужны для перезагрузки компьютера, третьи призваны обеспечивать совместимость со старыми микросхемами устройств ввода-вывода.

Микросхемы процессоров и шины || Оглавление || Компьютерные шины