11.Процессор. Назначение. Регистры процессора. Исполнительный цикл процессора. Параметры процессора.
Процессор - устройство, предназначенное для логической и арифметической обработки информации, анализа и формирования управляющих сигналов
Функции:
Передача информации между CPU, ОП, ВЗУ
Выполнение программ, хранящихся в ОП
Обработка прерываний
Состоит из:
Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit)
Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Устройство управления (УУ)
Микропроцессорная память (регистры, МПП)
Системная шина
Сопроцессор
Кэш — быстродействующая память малого объема
CPU выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера
АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций, выполнения операций сдвига, формирования признаков результатов операций
УУ формирует последовательность внешних и внутренних управляющих сигналов, а также анализирует сигналы (прерывания) поступающие от других устройств
МПП – регистры предназначены для временного хранения и преобразования информации
СШ обеспечивает передачу информации:
Между CPU и основной памятью
Между МПП и портами ввода вывода
Между основной памятью и портами ввода вывода
Регистры:
Регистр команд дешифрирует и сохраняет выполняемую команду в течение всего цикла исполнения
Счётчик команд формирует адрес следующей команды
Аккумулятор содержит один из операндов или конечный результат выполнения команды
Регистр флагов (регистр слова состояния процессора) содержит признаки результата выполнения команды
Регистры общего назначения используются для хранения данных в процессе выполнения команды
Сегментные регистры используются для формирования адресов
Исполнительный цикл регистра
При запуске программы на выполнение в СК пересылается адрес первой выполняемой команды
Используя адрес из СК CPU считывает из ОП очередную команду и помещает её в регистр команд. В первом байте команды хранится код операции, по которому CPU определяет сколько байтов занимает команда и считывает остальные байты. При считывании очередного байта содержимое СК увеличивается на 1. После считывания всей команды в СК адрес следующей команды
Команда дешифрируется. В зависимости от типа команды она может иметь 0, 1, 2 или 3 операнда. На этом этапе выполняются операции, предписанные командой, осуществляется обработка данных, если они есть.
Обращение к памяти на 1 этапе связано с выборкой команд, а на 2 этапе с выборкой данных.
Процессор в отличии от ОП различает среди информации команды и данные
Данный цикл выполнения команды называется Скалярным (один конвейер). Процессоры по Intel 486 включительно
Суперскалярный процессор имеет более одного конвейера для параллельного выполнения инструкций, образуя несколько потоков обработки данных. Pentium – двухпотоковый, Pentium Pro – трёхпотоковый
ПК оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций
математический сопроцессор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой
графический сопроцессор для обработки графических изображений
сопроцессор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами
Кэш (англ. Cache) - сверхоперативная память представляет собой быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время
-шина управления (ШУ) - предназначена для передачи управляющий импульсов и синхронизации сигналов ко всем устройствам ПК;
-шина адреса (ША) - предназначена для передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;
-шина данных (ШД) - предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода;
-шина питания - для подключения всех блоков ПК к системе электропитания.
Параметры микропроцессора:
Разрядность - зависит от разрядности регистров процессора. Разряд хранит 1бит информации.
Быстродействие
Внутренняя тактовая частота - количество циклов, которые совершает процессор за единицу времени (секунду). Тактовая частота 2-х ядерных процессоров от 2 до 3,8 ГГц
Внешняя тактовая частота - частота обмена между процессором и устройствами системной платы от 200 до 1600 МГц
Размер Кэша
Рабочее напряжение
Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты