2.2.3. Основной цикл работы компьютера

Важной составной частью фон-неймановской архитектуры является счетчик адреса команд. Этот специальный внутренний регистр процессора всегда указывает на ячейку памяти, в которой хранится следующая команда программы. При включении питания или при нажатии на кнопку сброса (начальной установки) в счетчик аппаратно заносится стартовый адрес находящейся в постоянном запоминающем устройстве программы инициализации всех устройств и начальной загрузки. Дальнейшее функционирование компьютера определяется программой. Вся деятельность компьютера – это непрерывное выполнение тех или иных программ, причем программы могут в свою очередь загружать новые программы и т.д.

Каждая программа состоит из отдельных машинных команд. Каждая машинная команда, в свою очередь, делится на ряд элементарных унифицированных составных частей, которые принято называть тактами. В зависимости от сложности команды она может быть реализована за разное число тактов. Например, пересылка информации из одного внутреннего регистра процессора в другой выполняется за несколько тактов, а для перемножения двух целых чисел их требуется на порядок больше.

При выполнении каждой команды компьютер проделывает определенные стандартные действия:

• согласно содержимому счетчика адреса команд считывается очередная команда программы (ее код обычно заносится на хранение в специальный регистр УУ, который носит название регистра команд);

• счетчик команд автоматически изменяется так, чтобы в нем содержался адрес следующей команды (в простейшем случае для этой цели достаточно к текущему значению счетчика прибавить некоторую константу, определяющуюся длиной команды);

• считанная в регистр команд операция расшифровывается, извлекаются необходимые данные и над ними выполняются требуемые действия.

Затем во всех случаях, за исключением команды останова или наступления прерывания, все описанные действия циклически повторяются.

2.3. Функциональные компоненты компьютера

2.3.1. Микропроцессор

В технической литературе используют два термина: процессор и микропроцессор. Различие указанных терминов заключается в уточнении технологии изготовления и габаритов процессора. Микропроцессор (МП) изготавливается по полупроводниковой технологии и размещается на одном кристалле, в одной микросхеме (иногда говорят – в одном чипе). Большая интегральная схема содержит сотни тысяч и миллионы активных элементов (транзисторов). Если 8-разрядный процессор Intel 8088, на котором работал первый IBM PC, содержал 3,5 тыс. транзисторов, то процессоры Pentium вмещают уже свыше 3 млн. транзисторов.

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся в данный момент в оперативной памяти. Микросхема устанавливается на материнской плате и связана с материнской платой интерфейсом процессорного разъема (Socket).

Микропроцессор может обрабатывать данные любой природы: текст, числа, графику, звук и др. Это возможно потому, что данные перед использованием на компьютере преобразуются к простейшему виду, представляются в двоичном коде, «оцифровываются». Для описания работы цифровых устройств используется двоичная система счисления, Булева логика, законы алгебры логики.

Процессоры классифицируются по базовому типу, называющемуся семейством. С целью преемственности программного обеспечения последующие модели и модификации процессоров, как правило, содержат всю систему команд своих предшественников. Существует большое количество различных семейств процессоров, среди которых можно выделить семейство Intel и совместимых с ними AMD и Cyrix, на которых базируется значительная часть ПК. Фирмой Intel был создан процессор Pentium и его модификации Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Процессоры фирмы Motorola, применяемые в компьютерах фирмы Apple, относятся к другому семейству.

Основными характеристиками процессора являются:

• тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Тактовая частота определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 3 ГГц (выполняют 3 миллиарда операций в секунду);

• быстродействие – характеристика, связанная с тактовой частотой. Определяется количеством команд (операций), производимых в 1 секунду. Быстродействие зависит от тактовой частоты и от выполняющейся программы, от того, какие команды – сложения или, скажем, деления – в ней преобладают. Быстродействие определяется на специальных тестовых программах. Измеряется в бит/с.

• разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Чем больше количество одновременно обрабатываемых разрядов, тем выше вычислительная мощность компьютера. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.