Mikroprozessor

Ein Mikroprozessor ist die Zentraleinheit (CPU) eines Datenverarbeitungssystems.

Komponenten

Ein Mikroprozessor besteht grundsätzlich aus:

– einem Steuerwerk

– einem Rechenwerk

– Schnittstellen zur Außenwelt

alternativ können weitere Komponenten enthalten sein, wie z.B.

– Cache Speicher

– Virtuelle Speicherverwaltung

Grundlegende Prozessortechnik

Beim Entwurf und auch bei der Auswahl eines jeden Mikroprozessors müssen die folgenden Fragen beantwortet werden“

– Wie werden die Daten repräsentiert? -> Datenformate

– Wo werden die Daten gespeichert? -> Adressraumorganisation

– Welche Operationen können auf den Daten ausgeführt werden? -> Befehlssatz

– Wie werden die Befehle codiert? -> Befehlsformate

– Wie wird auf die Daten zugegriffen? -> Adressierungsarten

Datenformate

Adressraumorganisation

Die Adressraumorganisation bestimmt, wo Daten gespeichert werden.

Befehlssatz

Der Befehlssatz definiert, welche Operationen auf den Daten ausgeführt werden können. Er legt die Grundoperationen eines Prozessors fest. Man kann die folgenden Befehlsarten unterscheiden:

– Datenbewegungsbefehle

Übertragen Daten von einer Speicherstelle zu einer anderen. Falls es einen seperaten Ein-/ Ausgabeadressraum gibt, so gehört hierzu auch die Ein-/ Ausgabebefehle. Auch die Kellerspeicherbefehle Push und Pop fallen in diese Kategorie

– Arithmetisch logische Befehle

– Schiebe- und Rotationsbefehle

Schieben die Bits eines Wortes um eine Anzahl von Stellen entweder nach links oder nach rechts bzw. rotieren die Bits nach links oder rechts. Beim Schieben gehen die heraus fallenden Bits verloren, beim rotieren werden sie auf der anderen Seite wieder eingefügt.

– Multimediabefehle

– Gleitkommabefehle

arithmetische Operationen und Vergleichsoperationen für Gleitkommazahlen, aber auch zum Teil komplexe Operationen wie Quadratwurzelbildung.

– Programmsteuerbefehle

Sind alle Befehle, die den Programmablauf direktändern, also die bedingten und unbedingten Sprungbefehle, Unterprogrammaufruf und -rückkehr sowie Unterbrechungsaufrufe und -rückkehr.

– Systemsteuerbefehle

Erlauben es in manchen Befehlssätzen direkten Einfluss auf Prozessor oder Systemkomponenten zu nehmen

– Synchronisationsbefehle

Befehlsformate

– Null Adressbefehl

– ein Adressbefehl

– zwei Adressbefehl

– drei Adressbefehl

Die Befehlsformate hängen eng mit der folgenden Klassifizierung von Befehlssatzarchitekturen zusammen:

– Lade- /Speicher oder Register-Registerarchitektur:

nur die Lade- und Speicherbefehle transportieren Daten zwischen dem Hauptspeicher und den Registern.

– Register-Speicher-Architektur:

in arithmetisch-logischen Befehlen adressiert mindestens einer der Operandenbezeichner ein Register bzw. einen Speicherplatz im Hauptspeicher

– Akkumulatorarchitektur

Ein Akkumulatorregister, das bei arithmetischen Befehlen immer implizit eine Quelle und das Ziel darstellt.

– Kellerarchitektur

Nur Nulladressbefehle, Operandenregister werden als Keller (Stack) verwaltet.