4 Специальные регистры центрального процессора (счетчик команд, указатель стека, rsw)

Счетчик команд — регистр процессора, содержащий адрес текущей выполняемой команды.

Другой специальный регистр, называемый указателем стека, ссылает-ся на вершину текущего стека в памяти. Стек содержит по одному фрейму (области данных) для каждой процедуры, в которую уже вошла, но из кото-рой еще не вышла программа. В стековом фрейме процедуры хранятся ее входные параметры, а также локальные переменные и временные перемен-ные, не содержащиеся в регистрах.

Еще один регистр содержит слово состояния программы — PSW (Program Status Word). В этом регистре содержатся биты кода условия, устанавливаемые инструкциями сравнения, а также биты управления приорите-том ЦП, режимом (пользовательским или ядра) и другие служебные биты. Обычно пользовательские программы могут считывать весь регистр PSW целиком, но записывать могут только в некоторые из его полей. Регистр PSW играет важную роль в системных вызовах и операциях ввода-вывода.

5 Конвейерная и скалярная конструкция процессора

Многие современные процессоры способны одновременно выполнять более одной команды. Например, у процессора могут быть отдельные блоки для выборки, декодирования и выполнения команд, тогда во время выполнения команды п он сможет декодировать ко- манду n+1 и осуществлять выборку команды n+2. Подобная организация работы называется конвейером. Обычно используются более длинные конвейеры. В большинстве конструкций конвейеров, как только команда выбрана и помещена в конвейер, она должна быть выполнена, даже если предыдущая выбранная команда была условным ветвлением.

Более совершенной конструкцией, по сравнению с конвейерной, обладает суперскалярный процессор. Он имеет несколько исполнительных блоков: например, один — для целочисленной арифметики, другой — для арифметики чисел с плавающей точкой, а третий — для логических операций.

6 Устройство памяти. Виды памяти.

Основной составляющей любого компьютера является память. Память должна быть максимально быстрой (работать быстрее, чем производится выполнение одной инструкции, чтобы работа центрального процессора не замедлялась обращениями к памяти), достаточно большой и чрезвычайно дешевой. Никакая современная технология не в состоянии удовлетворить все эти требования, поэтому используется другой подход. Система памяти создается в виде иерархии уровней: 1.Регистры 2.Кэш 3.Основная память 4.Магнитный диск 5.Магнитная лента

Верхние уровни обладают более высоким быстродействием, меньшим объемом и более высокой удельной стоимостью хранения одного бита информации, чем нижние уровни, иногда в миллиарды и более раз.

Верхний уровень состоит из внутренних регистров процессора. Они выполнены по той же технологии, что и сам процессор, и поэтому не уступают ему в быстродействии. Следовательно, к ним нет и задержек доступа. Внутренние регистры обычно предоставляют возможность для хранения 32 х 32 бит для 32-разрядного

процессора или 64 х 64 бит для 64-разрядного процессора. В обоих случаях этот объем не превышает одного килобайта. Программы могут сами управлять регистрами (то есть решать, что в них хранить) без вмешательства аппаратуры.

Затем следует кэш-память, которая управляется главным образом аппаратурой. Оперативная память разделяется на кэш-строки, обычно по 64 байт, с адресами от 0 до 63 в кэш-строке 0, адресами от 64 до 127 в кэш-строке 1, и т. д. Наиболее интенсивно используемые кэш-строки оперативной памяти сохраняются в высокоскоростной кэш-памяти, находящейся внутри процессора или очень близко к нему.

Оперативную память часто называют ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или памятью с произвольным доступом (RAM, Random Access Memory). В настоящее время блоки памяти имеют объем от сотен мегабайт до нескольких гигабайт, и этот объем стремительно растет. Все запросы процессора, которые не могут быть удовлетворены кэш-памятью, направляются к оперативной памяти.