Architektura počítačů:

Mikroprocesor a mikropočítač

Mikroprocesor je zpravidla konstruován jako jeden integrovaný obvod. Skládá se z centrální procesorové jednotky (CPU) , z aritmeticko-logické jednotky (ALU) , z řídící jednotky (CU) a z různých dalších pracovních jednotek. Mikroprocesor nemůže samostatně pracovat! První mikroprocesor dala na trh firma Intel v roce 1971. Byl to 4-bitový I 4004.

Mikropočítač vznikne z mikroprocesoru přidáním dalších obvodů. Tyto obvody jsou obvykle dodávány jedním výrobcem jako mikropočítačový systém (MCS) . Jsou to hlavně paměťi (memory), vstupně-výstupní obvody (I/O) , generátory hodinových impulzů, řadiče přerušení (interupt), časovače (timer) atd. Mikropočítač představuje minimální konfiguraci, která je schopná samostatně pracovat!

Monolitický mikropočítač (jednočipový mikropočítač) je mikropočítač v jednom integrovaném obvodu. Většinou k němu stačí připojit krystalový rezonátor, napájení, vstupní a výstupní zařízení a samozřejmě vložit program, podle něhož bude pracovat. Jednočipovým mikropočítačům se také říká mikrořadiče (microcontroller). První jednočipový mikropočítač uvedla na trh firma Intel již v roce 1976. Jednalo se o 8-bitový I 8048. V 80-tých letech minulého století potom Intel vyvinul řadu mikropočítačů I 8031/51. Jádro této řady je využíváno dodnes různými výrobci jednočipových 8-bitových mikrořadičů (Philips, Siemens, Atmel ...)

Von Neumannova koncepce

Podle této koncepce jsou programové instrukce a data členěny do slov nebo slabik stejného formátu a jsou uloženy ve stejném paměťovém prostoru.

Instrukce a data nejsou nejsou nijak speciálně označeny a jsou rozlišovány pouze podle kontextu.

Instrukce a data jsou zakódovány dvojhodnotovými signály.

Harwardská koncepce

Instrukce a data jsou uloženy v různých paměťových prostorech a dosti často mají různé formáty.

Současně se mohou zpracovávat instrukce i data.

Instrukce i data jsou také reprezentovány dvouhodnotově.

!!! Otestuj si své znalosti !!!

CU: (Control Unit) řadič

Řadič (řídící jednotka) neboli Control Unit (CU) koordinuje všechny funkce mikropočítače. Má zhruba tyto hlavní úkoly:

Podle předcházejícího zjednodušeného schématu řadiče si popíšeme jeho činost.

Po zapnutí počítače (nebo po resetu) se Programový čítač (Programm Counter - PC - registr adresy instrukce) vynuluje. Tato nula adresuje paměť programu počítače (adress out). Kód, který se na této adrese nachází je přiveden prostřednictvím datových vodičů (data in) do záchytného registru instrukce (instr. register) v řadiči. Dekodér instrukcí (instr. decoder) kód dekóduje a předá do generátoru řídících impulzů informaci, která instrukce se má provést.

Generátor řídících impulzů (control pulse generator) vysílá v určité časové posloupnosti impulzy do všech ostatních jednotek počítače, především pak do aritmeticko-logické jednotky (ALU - Arithmetic and Logic Unit). Je-li instrukce vykonána, nebo jsou-li potřebná k jejímu vykonání další data z operační paměti, vydá generátor řídících impulzů povel programovému čítači (PC). Jeho obsah se zvýší (zpravidla o jedničku). Na adresním výstupu se objeví adresa následující instrukce nebo následujícího údaje. Data (insrukce) z této adresy jsou přivedena datovými vodiči na vstup dat (data in) a cyklus začíná od začátku.

Všiměte si, že datové vodiče vedou také do PC. Tím je umožněno, aby se speciálními instrukcemi mohl měnit obsah tohoto registru. To je nutné tehdy, když chceme pokračovat v programu v jiném úseku paměti (instrukce skoků). Do PC se uloží cílová adresa skoku a tím se adresuje následující část programu.

ALU: aritmeticko-logická jednotka

ALU (Arithmetic and Logic Unit) vykonává nejjednodušší aritmetické operace (většinou na základě sčítání) a základní logické operace (NOT, AND, OR, rotace a posuvy). Ostatní operace se provádějí pomocí vnějších programů.

Srdcem ALU je operační blok. V něm se zpracovávají operandy, které jsou přivedeny na jeho dva vstupy. Výsledky předává operační blok do registru - zpravidla akumulátoru (A - accumulator - střadač).

Na obrázku je nejjednodušší jednoadresová ALU. První operand se uloží do registru, který se nazývá střadač (A akumulátor). Dále se předá kód operace a adresa druhého operandu. Operační blok provede příslušnou operaci a výsledek uloží do sřadače (akumulátoru). Kromě registru A (accumolator - střadač) je v ALU také stavový registr (PSW - Programm Status Word), někdy nazývaný registr příznaků (F - Flag register). Obsah jeho jednotlivých bitů je závislý na výsledku operace v akumulátoru. Každý bit představuje jeden příznak (flag praporek). Nejčastější příznaky jsou:

© 2005 Bureš    Střední školy EDUCHEM, a. s.