マイコンのマイクロプロセッサチップには何が組み込まれているのでしょうか?

マイコンのマイクロプロセッサチップは制御装置と演算装置を一体化したもので、コンピュータシステムのハードウェア構成は主に制御装置、演算装置、メモリ、入出力装置で構成されており、制御装置と演算装置を総称して「制御装置」といいます。中央処理装置も同様です。

#この記事の動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

マイコンのマイクロプロセッサチップは、制御装置と演算装置を一体化したものです。

コンピュータシステムのハードウェア構成は、主にコントローラ、演算装置、メモリ、入出力装置の4つの部分から構成されており、このうちコントローラと演算装置を総称して中央処理装置と呼びます。 CPU と呼ばれます。コンピュータ ハードウェア システムの指令センターです。これには、コントローラと演算ユニットの 2 つのコンポーネントが含まれています。コントローラの機能は、コンピュータのさまざまな部分と演算ユニットの協調動作を制御することです。

(1) 演算子

1. 算術論理ユニット ALU

ALU は主に固定小数点算術演算を実行します。バイナリ データの加算、減算、乗算、除算)、論理演算 (AND または NOT XOR)、およびシフト演算。一部の CPU には、シフト操作を処理するために特別に設計されたシフターがあります。

通常、ALU は 2 つの入力端子と 1 つの出力端子で構成されます。整数ユニットは、IEU (Integer Execution Unit) と呼ばれることもあります。私たちが通常「CPU は XX ビット」と言うのは、ALU が処理できるデータのビット数を指します。

2. 浮動小数点ユニット FPU (Floating Point Unit)

FPU は主に浮動小数点演算と高精度整数演算を担当します。一部の FPU にはベクトル演算の機能もあり、その他の FPU には特殊なベクトル処理ユニットがあります。

3. 汎用レジスタ グループ

汎用レジスタ グループは、演算に関与するオペランドと中間結果を格納するために使用される最速のメモリのグループです。

汎用レジスタの設計において、RISC は CISC とは大きく異なります。 CISC には、主に当時のハードウェアのコストが原因で、レジスタの数が非常に少ないのが通常です。たとえば、x86 命令セットには汎用レジスタが 8 個しかありません。したがって、CISC の CPU 実行は、レジスタ内のデータではなくメモリ内のデータへのアクセスにほとんどの時間を費やします。これにより、システム全体の速度が低下します。 RISC システムには多くの汎用レジスタがあり、レジスタ リソースを最大限に活用するために、レジスタ ウィンドウやレジスタ ファイルのオーバーラップなどのテクノロジが使用されます。

x86 命令セットが汎用レジスタを 8 個しかサポートしないという欠点について、Intel と AMD の最新の CPU は「レジスタ リネーム」と呼ばれる技術を採用しており、これにより x86 CPU のレジスタは 8 個の制限を超えることができます。 32以上に達します。ただし、RISC と比較すると、このテクノロジのレジスタ操作では、レジスタの名前を変更するために 1 クロック サイクル多くの時間が必要になります。

4. 特殊レジスタ

特殊レジスタは通常、プログラムでは変更できないステータス レジスタであり、特定のステータスを示すために CPU 自体によって制御されます。

(2) コントローラ

電卓は演算を完了することしかできませんが、コントローラは CPU 全体の動作を制御するために使用されます。

1. 命令コントローラー

命令コントローラーはコントローラーの非常に重要な部分であり、命令のフェッチや命令の分析などの操作を完了し、実行ユニット (ALU) に渡す必要があります。または FPU) を実行して、同時に次の命令のアドレスを形成します。

2. タイミング コントローラー

タイミング コントローラーの機能は、各命令に時系列で制御信号を提供することです。タイミング コントローラには、クロック ジェネレータと周波数逓倍定義ユニットが含まれています。クロック ジェネレータは、CPU のメイン周波数である水晶発振器から非常に安定したパルス信号を放出します。周波数逓倍定義ユニットは、CPU のメイン周波数を周波数として定義します。メモリ周波数 (バス周波数の数倍)。

3. バス コントローラ

バス コントローラは主に、アドレス バス、データ バス、制御バスなどを含む CPU の内部および外部バスを制御するために使用されます。

4. 割り込みコントローラ

割り込みコントローラは、さまざまな割り込み要求を制御し、優先度に従って割り込み要求をキューに入れ、CPU に順番に処理を渡します。

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