Структура базового мікропроцесора

У персональних ЕОМ знайшли застосування не тільки мікропроцесори фірми Intel. Найбільшими виробниками аналогів мікропроцесорах Intel (клонів) є фірми Cyrix і AMD.

Структурна схема базової моделі МП фірми Intel наведена на малюнку 1.

Рис. 2.1. Структурна схема базової моделі мікропроцесора Intel

Умовно мікропроцесор можна розділити на дві частини: виконавчий блок (Execution Unit – EU) і пристрій сполучення з системною магістраллю (Bus Interface Unit – ВШ).

У виконавчому блоці знаходяться: арифметичний блок і регістри загального призначення (РОН). Арифметичний блок включає арифметико-логічний пристрій, допоміжні регістри для зберігання операндів і регістр прапорів.

Вісім регістрів виконавчого блоку МП (АХ, ВХ, СХ, DX, SP, ВР, SI, DI), що мають довжину, рівну машинному слову, діляться на дві групи. Першу групу складають регістри загального призначення: АХ, ВХ, СХ і DX, кожен з яких представляє собою реєстрову пару, складену з двох регістрів завдовжки в 0.5 машинного слова: аккумулятор, або регістр АХ складається з регістрів АН та AL. Регістр бази (Base Register) ВХ складається з регістрів ВН і BL. Лічильник (Count Register) СГ включає регістри СН і CL. Регістр даних (Data Register) DX містить регістри DH і DL. Кожен з коротких регістрів може використовуватися самостійно або у складі регістровий пари. Умовні назви (аккумулятор, регістр бази, лічильник, реєстр даних) не обмежують застосування цих регістрів – ці назви говорять про найбільш частому використанні їх або про особливості використання того або іншого регістра в тій йди іншої команді.

Другу групу складають адресні регістри SP, BP, SI і DI (в старших моделях кількість адресних регістрів збільшено). Ці регістри активно використовуються за функціональним призначенням і в інших цілях їх застосовувати не рекомендується. Як адресного регістра часто використовується РОН ВХ. Програмно допускається використання регістрів BP, DI і SI в якості регістрів для зберігання операндів, але окремі байти в цих регістрах недоступні. Основне їх призначення – зберігати числові значення, що реалізуються при формуванні адрес операндів.

Пристрій сполучення з системною магістраллю містить керуючі регістри, конвеєр команд, АЛУ команд, пристрій управління виконавчим блоком МП і інтерфейс пам'яті (що з'єднує внутрішню магістраль МП з системною магістраллю ПЕОМ).

Керуючі регістри BIU: CS (покажчик командного сегмента), DS покажчик сегмента даних), SS (покажчик сегмента стека), ES (покажчик додаткового сегмента) та ін. служать для визначення фізичних адрес ВП – операндів і команд.

Регістр IP (Instruction Pointer) є покажчиком адреси команди, яка буде вибиратися в конвеєр команд як чергову команди (у вітчизняній літературі такий пристрій називається лічильник команд). Конвеєр команд МП зберігає декілька команд, що дозволяє при виконанні лінійних програм поєднати підготовку чергової команди з виконанням поточної.

До керуючим регістрів МП відноситься і регістр прапорів, кожен розряд якого має строго певне призначення. Зазвичай розряди регістра прапорів встановлюються апаратно при виконанні чергової операції залежно від отримуваного в АЛУ результату. При цьому фіксуються такі властивості одержуваного результату, як нульовий результат, від'ємне число, переповнення розрядної сітки АЛУ і т.д. Але деякі розряди регістра прапорів можуть встановлюватися за спеціальними командам. Деякі розряди мають чисто службове призначення (наприклад, зберігають розряд, «що випав» з АЛУ під час зсуву) або є резервними (тобто не використовуються).

Усі прапори молодшого байта регістра встановлюються арифметичними або логічними операціями МП. Усі прапори старших байтів, за винятком прапора переповнення, встановлюються програмним шляхом, для цього в МП є команди установки прапорів (STC, STD, STI), скидання (CLC CLD, CLI), інвертування (CMC).