Arhitectura microprocesorului pe 16 biți

Microprocesorul reprezinta unitatea centrala de procesare (UCP) a unui calculator, componenta ultracompacta si de o importanta majora; alegerea acesteia determina limitele performantei si pretul sistemului de calcul. Procesoarele sunt dispozitive complicate, incredibil de puternice, dar performantele si proprietatile acestora din zilele de azi sunt rezultatul unor ani de evolutie si îmbunatatiri plecând de la niste începuturi umile.

Familia x86 se mareste în 1982 cu microprocesorul 80286 care are o arhitectura extinsa fata de 8086. El poate lucra exact ca un 8086 având însa unele facilitati în plus. Începând cu acest microprocesor au fost introduse mecanismele de memorie virtuala, de multitasking si de protectie.

Trecerea de la microprocesoarele pe 8 biti la cele pe 16 biti nu a insemnat o simpla dublare a magistralei de date.Desi categoria de UCP standard este bazata tot pe conceptul clasic al masinii vun Neumann , apar imbunatatiri esentiale ale atributelor de arhitectura , posibilitatea de realizare a noi functii , totul bazat pe dezvoltari importante ale structurii.

Prima schimbare esentiala a fost ca noile UCP contin de fapt doua procesoare specializate care lucreaza in paralel.Daca pastram denumirile folosite de familia Intel , vom distinge aici o Unitate de executie (UE) si o Unitate de interfata cu magistrala (UIM) , fiecare avand niste sarcini bine stabilite.Astfel , UE executa functiile de baza de prelucrare a operanzilor , contine registrele generale si Unitatea aritmetica de procesare (de obicei cu mai multe acumulatoare) , contine Unitatea de control a microprocesorului , primeste instructiunile de la uim si nu direct din memoria de program , primeste operanzi si trimite rezultate tot prin intermediul UIM .

UIM are ca scop principal marirea largimii de banda a magistralei , adica marirea cantitatii de informatii vehiculate pe magistrala in unitatea de timp , comparativ cu structurile pe 8 biti. Aceasta controleaza magistrala , furnizeaza adresele pentru instructiuni si pentru date si calculeaza adrese atunci cand localizarea informatiilor in memorie se face intr-un mod mai complicat (dar cu influenta benefica asupra organizarii acestor informatii in memoria de date sau de program).De asemenea , UIM aduce operanzii necesari UE si trimite rezultatele furnizate in urma prelucrarilor si ocupa la maxim magistrala prin localizarea si aducerea in memorie a codurilor mai multor instructiuni succesive , ori de cate ori nu are de vehiculat operanzi sau rezultate.Instructiunile sunt asezate intr-o structura de tip coada si pregatite astfel pentru a fi preluate de UC din UE pentru a fi decodificate si executate.In acest fel , UE nu trebuie sa astepte aducerea din memorie a codurilor.Optional , UIM realizeaza structurarea logica a memoriei prin impartirea hartii memoriei in subdiviziuni numite segmente sau pagini.

UAL nu este asociala cu un registru de tip acumulator deoarece o intreaga categorie de registre poate juca rolul de acumulator , ceea ce elimina necesitatea de a figura pe schema un registru dedicat acestei functii.Magistrala interna de date , specifica unitatii de executie are 16 sau chiar 32 de biti.

Unitatea de control a adresarii memoriei nu mai apare ca un singur bloc unitar . Functiile sale sunt decentralizate in mai multe blocuri.Registrele indicator si index se gasesc in UE.Numaratorul de program este asociat unui bloc de registre cu o functie speciala , aceea de a structura logic memoria microcalculatorului.Aceasta functie este deosebit de bine reprezentata la familia Intel : 8086 realizeaza o segmentare (cu segmente fixe) a memoriei , iar procesoarele evoluate (286 , 386 , 486) fac o din ce in ce mai complexa gestionare a memoriei.Apare un bloc specializat pentru calculul afreselor ; acesta reprezinta o dezvoltare a sumatorului.

Un bloc inedit este acela al registrelor care stocheza coada de instructiuni.Aceasta structura specifica se alimenteaza de pe magistrala microcalculatorului si furnizeaza materie prima pentru UC din UE.

Atributele de arhitectura ale microprocesorului pe 16 biti se bazeaza pe functiile puse in evidenta de schema bloc prezentata.Saltul calitativ, care va insemna si noi atribute de arhitectura se bazeaza pe existenta a doua procesoare care lucreaza in paralel , versatilitatea functiilor registrelor , existenta blocului dedicat calculului adreselor , posibilitatea de realizare a unei cozi de instructiuni gata aduse din memorie si pregatite pentru a fi procesate,posibilitatea de structurare logica (uneori foarte complexa ) a memoriei microcalculatorului.

Un atribut esential de arhitectura al microprocesoarelor este setul de registrii.Pt UCP pe 16 biti , acest atribut de arhitectura este asociat cu noi functii , ceea ce ii confera o importanta sporita.