منطق ریزپردازنده:
ریزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل های ماشین را اجرا می کند که به پردازنده می گوید چه کاری انجام دهد. بر اساس دستورالعمل ها، یک ریزپردازنده سه کار اساسی را انجام می دهد:
با استفاده از ALU (واحد حسابی و منطق)، یک ریزپردازنده می تواند عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را انجام دهد. ریزپردازنده های مدرن شامل پردازنده های کامل نقطه شناور هستند که می توانند عملیات بسیار پیچیده ای را روی اعداد بزرگ نقطه شناور انجام دهند.
یک ریزپردازنده می تواند داده ها را از یک مکان حافظه به مکان دیگر منتقل کند.
ریزپردازنده می تواند تصمیم بگیرد و براساس دستورالعمل های جدید به مجموعه دستورالعمل های جدیدی بپردازد.
یک ریزپردازنده ممکن است کارهای بسیار پیچیده ای داشته باشد، اما سه فعالیت اساسی دارد. نمودار زیر یک ریزپردازنده بسیار ساده را نشان می دهد که قادر به انجام این سه کار است.
کار یک ریزپردازنده به همین سادگی است. این ریزپردازنده دارای اجزای زیر است:
- یک گذرگاه آدرس (که ممکن است 8، 16 یا 32 بیت پهنا داشته باشد) که آدرس را به حافظه می فرستد.
- یک گذرگاه داده (که ممکن است 8، 16 یا 32 بیت پهنا داشته باشد) که می تواند داده را به حافظه بفرستد یا داده را از حافظه دریافت کند.
- یک خط RD (خواندن) و WR (نوشتن) برای اینکه به حافظه بگوید آیا می خواهد مکان آدرس دهی شده را تنظیم کند یا بگیرد.
- یک خط ساعت که اجازه می دهد پالس ساعت پردازنده را دنبال کنید.
- یک خط ریست که شمارنده برنامه را به صفر (یا هر چیز دیگری) بازنشانی می کند و اجرای آن را دوباره شروع می کند.
بیایید فرض کنیم که هر دو گذرگاه آدرس و داده در این مثال 8 بیت عرض دارند.
در اینجا اجزای سازنده این ریزپردازنده ساده به صورت زیر هستند:
- ثبات ها رجیسترهای A و B و C لچ هایی هستند که از فلیپ فلاپ ساخته می شوند.
- لچ آدرس دقیقاً مانند ثبات های A و B و C است.
- شمارنده برنامه یک لچ است که دارای توانایی افزایش 1 درصورتی است که کار را انجام دهید، و همچنین هنگامی که این کار را انجام شود به صفر تنظیم می شود.
- ALU می تواند به سادگی یک جمع کننده 8 بیتی باشد یا ممکن است بتواند مقادیر 8 بیتی را جمع، تفریق، ضرب و تقسیم کند. مورد دوم را در اینجا فرض می کنیم.
- رجیستر آزمون یک لچ ویژه است که می تواند مقادیر حاصل از مقایسه های انجام شده در ALU را در خود نگه دارد. یک ALU به طور معمول می تواند دو عدد را با هم مقایسه کند و برابر بودن آن ها را تعیین کند؛ یکی بزرگ تر از دیگری است و غیره. ثبات آزمون همچنین می تواند بیت نقلی را از آخرین مرحله جمع کننده نگه دارد. این مقادیر را در فلیپ فلاپ ها ذخیره می کند و سپس رمزگشای دستورالعمل می تواند از مقادیر برای تصمیم گیری استفاده کند.
- در نمودار شش جعبه با علامت "3-State" وجود دارد. این ها بافرهای سه حالته هستند. یک بافر سه حالته می تواند از یک 0، یک 1 عبور کند یا اساساً می تواند خروجی خود را قطع کند (سوئیچی را تصور کنید که خط خروجی را کاملاً از سیمی که خروجی به سمت آن است قطع می کند). یک بافر حالت سه حالته به چندین خروجی اجازه می دهد تا به یک سیم متصل شوند، اما فقط یکی از آن ها در واقع 1 یا 0 را روی خط قرار می دهد.
- ثبات دستورالعمل و دیکدر (رمزگشای) دستورالعمل وظیفه کنترل کلیه مؤلفه های دیگر را بر عهده دارند.
اگرچه در این نمودار نشان داده نشده اند، اما خطوط کنترلی از دیکدر دستورالعمل به صورت زیر وجود دارند:
- به ثبات A بگو تا مقداری را که در حال حاضر در گذرگاه داده قرار دارد قفل (لچ) کند.
- به ثبات B بگو تا مقداری را که در حال حاضر در گذرگاه داده قرار دارد قفل (لچ) کند.
- به ثبات C بگو تا مقدار فعلی خروجی ALU را لچ کند.
- به ثبات شمارنده برنامه بگو تا مقداری را که در حال حاضر روی گذرگاه داده است لچ کند.
- به ثبات آدرس بگویید تا مقداری را که در حال حاضر در گذرگاه داده قرار دارد قفل کند.
- به ثبات دستورالعمل ها بگو تا مقداری را که در حال حاضر روی گذرگاه داده است قفل کند.
- به شمارنده برنامه بگو افزایش یابد.
- به شمارنده برنامه بگو تا به صفر ریست شود.
- هریک از شش بافر سه حالته (شش خط جداگانه) را فعال کن.
- به ALU بگو چه عملیاتی انجام شود.
- به ثبات آزمون بگو بیت های آزمون ALU را لچ کند.
- خط RD را فعال کن.
- خط WR را فعال کن.
