Microprocesor

La baza functionarii unui calculator(SC) se afla microprocesorul(mP), inventat în anul 1971 de catre ing. M.F. HOFF de la firma INTEL, care a produs o adevarata revolutie în domeniul calculatoarelor si al informaticii, având un impact deosebit în toate domeniile stiintifice, economice si sociale. Microprocesorul (mP) a fost inventat ca urmare a rezultatelor obtinute în trei domenii speciale aparute si dezvoltate în secolul XX:

sisteme cibernetice;

programare;

circuite integrate.

Din acest motiv, microprocesorul poate fi considerat un “calculator în miniatura” constituit din:

unitatea de comanda - control (Ucc);

unitatea de executie (operatii aritmetice si logice-Ual);

memorie proprie formata din 14 registre(MmP).

Activitatea primelor componente (Ucc, Ual) are loc prin utilizarea celor 14 registre: 2 pentru comanda-control, 4 pentru date (informatii) si 8 pentru adrese.

Un registru este un element esential în procesul de prelucrare a informatiilor provenite din activitatea de executie a programelor aflate în memoria interna a calculatorului. Acesta reprezinta o unitate de adresare a memoriei interne în cadrul procesului de adresare a continutului memoriei interne, proces prin intermediul caruia are loc accesarea informatiilor stocate în memorie. Unitatea de adresare se numeste cuvânt de memorie. Performantele microprocesorului sunt functie de:

organizarea si reprezentarea informatiilor;

organizarea si capacitatea memoriei interne;

tehnica de adresare a memoriei interne;

metodele de executie a operatiilor în procesarea informatiilor;

viteza de lucru (frecventa de lucru) în executia operatiilor.

Formal, memoria interna este considerata o structura liniara (mi)i.>0, mi fiind 0 sau 1 cu semnificatia “stins”, respectiv “aprins” si reprezinta o pozitie binara, numita bit (binary digit). Prin urmare, o succesiune de biti poate fi utilizata pentru stocarea de informatii convertite în pozitii binare. Unitatea de masura pentru memorie este byte-ul (octet-ul) si reprezinta o succesiune de 8 pozitii binare, de exemplu 0 1 0 1 0 1 1 1

1b = 8 biti sau 1o = 8 biti. Multiplii byte-ului sunt:

1 Kb = 1024 b = 210 b ; 1 Mb = 1024 Kb =220 b ; 1 Gb = 1024 Mb = 230 b.

Din punct de vedere logic, memoria interna a unui calculator este organizata în blocuri de memorie, 1 bloc = 64 Kb, aceste blocuri având destinatii precise în stocarea informatiilor pentru buna functionare a calculatorului sub un sistem de operare adecvat.

Un rol important în utilizarea memoriei interne si in procesul de prelucrare a informatiilor are conceptul de cuvânt de memorie (word), acesta fiind de fapt o unitate de masura (unitate de adresare) în sistemul de coordonate (adrese) atasat unei memorii interne având o anumita organizare logica, de exemplu în blocuri.

În evolutia sistemelor de calcul, capacitatea cuvântului de memorie a fost variabila si a determinat cresterea performantelor acestora, în acest sens este cunoscuta clasificarea microprocesoarelor în generatii functie de capacitatea cuvântului de memorie utilizat:

1 cuv. = 4 biti;

1 cuv. = 8 biti = 1 b;

1 cuv. = 16 biti = 2 b;

1 cuv. = 32 biti = 4 b.

În acest sens, pâna în prezent sunt cunoscute urmatoarele generatii de microprocesoare:

gen. 1 - mP tip 4004, 8008, 1w = 4 biti ( dupa anul 1971 );

gen. 2 - mP tip XT 8080, 1w = 8 biti ( dupa anul 1974 );

gen. 3 - mP tip AT 8088, 8086, 80186,80286, 1w = 16 biti ( dupa anul 1978; in 1981 apare PC ; in 1982 apar 80186, 80286);

gen. 4 - mP tip AT 80386, 1w = 32 biti ( anul 1985 );

gen. 4,5 - mP tip 80486, 80586(Pentium), 80860, RISC-I860, etc.,1w = 32 biti(dupa anul 1989; 80486 înglobeaza si coprocesorul matematic 80387;1993-586 ).

Performanta microprocesorului este data si de viteza de lucru (frecventa de lucru-impulsuri la intervale foarte mici de timp), masurata în MHz si care determina realizarea unei viteze de executie de câteva milioane de instructiuni/secunda. Daca primele microprocesoare aveau frecventa de lucru de 4MHz(mP 8088), 8MHz(mP 80186), 16MHZ(mP 80286), 30 MHz(mP 80386) , astazi microprocesoarele actuale lucreaza cu o frecventa de ordinul 400/500 MHz sau 700/900 MHz, aceasta datorându-se faptului ca modernizarea lor este tot timpul în atentia proiectantilor si fabricantilor de microprocesoare, dar si pentru ca acestea încorporeaza asa-numitul coprocesor matematic ce mareste viteza de lucru la executia operatiilor aritmetice cu numere reale.

Performanta microprocesorului este determinata si de spatiul de memorie interna pe care il poate adresa. Daca primele microprocesoare erau construite sa adreseze un spatiu de memorie de 256Kb, 640Kb, sau 1Mb, astazi exista microprocesoare ce sunt proiectate sa adreseze un spatiu de memorie de 32Mb, 64Mb.

Concluzie. Performanta microprocesoarelor este determinata de:

capacitatea cuvântului de memorie utilizat;

viteza de lucru (frecventa de lucru);

spatiul de memorie interna adresabil.

Din punct de vedere al comunicatiilor informatiilor în functionarea unui sistem de calcul, se disting 3 tipuri de informatii (magistrale-trasee de cupru ce genereaza informatii binare si prin care se realizeaza comunicarea mP cu celelalte componente ale SC) :

informatii ce reprezinta valori (date; pe 16 biti);

informatii ce reprezinta adrese (coduri; pe 20 biti);

informatii ce reprezinta control (comenzi).

Microprocesorul îsi exercita functiile, si anume prelucreaza programele aflate în memoria interna, prin utilizarea, coordonarea si controlul:

memoriei interne;

dispozitivelor rapide (HD, FD, CD);

dispozitivelor auxiliare ( diverse dispozitive I/O).