Обобщенная структурная схема однокристального МП

Упрощённая структура процессора показана на рисунке.

Основные элементы процессора:

1. Регистры
2. АЛУ – арифметико-логическое устройство
3. БУ – блок управления
4. ТГ – тактовый генератор

АЛУ выполняет одну из главных функций микропроцессора – обработку данных. Полученный после выполнения команды в АЛУ результат пересылается в регистр или ячейку памяти.

Регистры являются важной составной частью любого микропроцессора. Количество и назначение регистров в микропроцессоре зависят от его архитектуры. Различают регистры общего назначения (РОН) и регистры специального назначения (РСН).

Совокупность РОН образуют внутреннюю память микропроцессора. Использование РОН позволяет повысить быстродействие микропроцессора за счет уменьшения числа обращений к оперативной памяти. РОН используются для хранения исходных данных, промежуточных и окончательных результатов вычислений, а также для хранения адресной информации.

Аккумулятор – это главный регистр микропроцессора при различных операциях над данными. Большинство арифметико-логических операций осуществляется путем использования АЛУ и аккумулятора. Любая из таких операций над двумя операндами предполагает размещение одного из операндов в аккумуляторе, а другого операнда – в памяти или каком-либо из РОН. После выполнения команды в аккумулятор вместо операнда помещается результат операции.

Микропроцессор может выполнять некоторые действия над данными непосредственно в аккумуляторе: - инверсия содержимого аккумулятора; - сдвиг содержимого аккумулятора вправо или влево на требуемое число разрядов и т. д. Через аккумулятор выполняются операции ввода-вывода, т. е. программируемая передача данных из одной части микропроцессора в другую.

Блок управления вырабатывает управляющие сигналы для всех блоков структурной схемы микропроцессора в соответствии с кодами команд, внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации, а также управляет обменом информацией между микропроцессором, памятью и устройствами ввода-вывода.

С помощью РСН осуществляется управление выборкой команд, хранение команд, управление стековой памятью и т.д.

Счетчик команд или программный счетчик обеспечивает формирование адреса очередной команды программы. В процессе выборки текущей команды программы из оперативной памяти содержимое счетчика команд автоматически увеличивается на единицу. С этого момента счетчик команд указывает адрес следующей команды программы, которая будет выбрана из памяти после выполнения текущей. Содержимое счетчика команд может изменяться командами переходов и передачи управления.

Регистр команд микропроцессора предназначен для хранения текущей выполняемой команды в процессе ее дешифрации и выполнения. Входные данные поступают в регистр команд из памяти по мере последовательной выборки команд. После выполнения очередной команды в регистр команд автоматически записывается код следующей команды из ячейки памяти, адрес которой содержится в счетчике команд.

Дешифратор команд преобразует код операции команды в набор управляющих сигналов, определяющих последовательность действий микропроцессора при выполнении очередной команды программы.

Тактовый генератор, или генератор тактовых импульсов, задаёт рабочую частоту процессора. С помощью тактовых импульсов выполняется синхронизация для внутренних команд процессора и остальных устройств. Тактовый генератор вырабатывает (генерирует) прямоугольные импульсы, которые следуют с определённой частотой (для разных процессоров частота разная).