38. Процессор. Характеристики и архитектура процессора.

Центральный процессор (ЦП, CPU) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами. Чаще всего они представлены микроконтроллерами.

Большинство современных процессоров для ПК основаны на циклическом процессе последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом. Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными.

Характеристики процессора. Типичными характеристиками ядра являются: архитектура, система команд, количество функциональных блоков (АЛУ, сопроцессоров, конвейеров и т. п.), объём кэш-памяти, тактовые частоты, напряжение питания, максимальное и типичное тепловыделение, технология производства (в нанометрах), площадь кристалла.

39.Процессор. Принципы работы, система команд. ПРерывание

Центральный процессор (ЦП, CPU) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

1. Процессор выставляет число на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;

2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;

4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;

5. Снова выполняется п. 1.

Данный цикл называется процессом (откуда и произошло название устройства). Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Система команд процессора — соглашение о предоставляемых архитектурой средствах программирования, а именно: определённых типах данных, инструкций, системы регистров, методов адресации, моделей памяти, способов обработки прерываний и исключений, методов ввода и вывода. На системах с различной архитектурой может быть реализована одна и та же система команд. Например, Intel Pentium и AMD Athlon имеют почти идентичные версии системы команд. Современным процессорам “известно” 256 команд.

Базовыми командами являются, как правило, следующие:

1. арифметические, например сложение и вычитание (add, sub, inc…);

2. битовые, например И, ИЛИ и НЕ (or, and, xor,…);

3. присваивание данных, например “переместить”, “загрузить”, “выгрузить” (mov, lea, pop,…);

4. ввода-вывода, для обмена данными с внешними устройствами (in, out, int,…);

5. управляющие инструкции, например “переход”, “условный переход”, “вызов подпрограммы”, “возврат из подпрограммы” (jmp, ret, loop,…).

Прерывания.

Процессор может обрабатывать 256 типов прерываний: аппаратных и программных. Аппаратные прерывания используются для организации взаимодействия с внешними устройствами. Запросы аппаратных прерываний поступают на специальные входы микропроцессора. Программные прерывания вызываются следующими ситуациями: при препятствии нормального продолжения программы (деление на ноль, переполнение, нарушение защиты памяти, отсутствие нужной страницы в оперативной памяти и т.п.); наличие в программе специальной команды прерывания INT, используемой обычно программистом при обращениях к специальным функциям операционной системы для ввода-вывода информации.

Векторы (адреса) прерываний представляют собой двойное слово (два слова по 16 разрядов), определяющее сегмент и смещение начального адреса программы обработки прерываний. Для векторов прерываний отведена область памяти с адресами $0000…$03FF.