Центральный процессор
XalionЦентральный процессор(CPU) - мозг компьютера. Основная задача процессора - выполнение программ, которые находятся в основной памяти.
Считывание команды из постоянной памяти –> определение типа команды –> выполнение конвейером.
Постоянная память для операций состоит из RAM(оперативная память) и ROM(постоянное запоминающие устройство)
Процессор состоит из трех частей: блоков управления, АЛУ – арифметико-логического устройства и памяти.
Блок управления управляет чтением команд из памяти и определением их типа. АЛУ отвечает за выполнение арифметических и логических операций.
Части соединены шиной. Они бывают внутренние, для связи частей процессора и внешние - связывают процессор с памятью и устройствами ввода-вывода.
Шина — параллельные дорожки из проводникового материала. По ним передаются адреса, данные и управляющие команды.
Внутри процессора есть своя память из регистров, маленьких ячеек. В них хранятся промежуточные результаты и команды управления. В каждый регистр можно занести числа разных размеров, зависит от величины регистра.
Регистры работают быстрее обыкновенной кеш-памяти, потому что они ближе к процессору чем кеш-память.
Счетчик команд — самый важный регистр процессора, он указывает какую команду выполнять следующей.
Регистр команд — регистр с исполняемой командой.
У большинства компьютеров есть другие регистры: многофункциональные и специализированные.
Например: существуют регистры для ОС, чтобы она могла управлять компьютером.
Тракт или поток данных – набор регистров от 1 до 32, АЛУ и нескольких соединительных шин.
Содержимое регистров попадает в входные регистры АЛУ, там находятся данные пока АЛУ выполняет операции. После АЛУ помещает результат в выходной регистр.
Содержимое выходного регистра может записываться в другой регистр или сохраняться в памяти.
Команды можно разделить на типы: регистр-память и регистр-регистр.
Команды этого типа вызывают слова из памяти и помещают их во входные регистры АЛУ, а после возвращают данные из регистра обратно в память.
Слова – это данные. Они перемещаются между памятью и регистрами.
Команды этого типа вызывают два операнда из регистров и помещают их во входные регистры АЛУ, производят над ними операции и помещают результат обратно в регистр.
Такой процесс называется циклом тракта данных.
Современные компьютеры оснащаются несколькими параллельными АЛУ, они специализируются на разных функциях.
Чем быстрее проходит цикл тракта данных, тем быстрее работает компьютер.
Процессор выполняет команду в пошагово:
- Вызывает следующую команду из памяти и переносит её в регистр команд.
- Меняет положение счётчика команд, который после этого указывает на следующую команду. Это происходит после декодирования текущей команды, в некоторых случаях в процессе.
- Определяет тип вызванной команды.
- Если команда использует слово из памяти, то определяет где оно находится.
- Переносит слово в регистр центрального процессора. Некоторые команды загружают целые группы слов и обрабатывают их.
- Выполняет команду
- Переходит к 1 шагу, чтобы выполнять следующую команду.
Выборка –> декодирование –> исполнение – основа работы всех компьютеров.
Работу центрального процессора можно представить и в виде программы.
Представление работы компьютера в виде программы с помощью интерпретатора экономит много денег.
Наборы команд процессора - аппаратное обеспечение, а интерпретатор - программное.
Реализовать простой набор команд в процессоре, а все сложное интерпретировать до простого уровня и отдать процессору будет стоить – ~5000$.
Создать процессор с большим количеством команд без интерпретирования – ~1 000 000$
В следующем конспекте поговорим о системах RICS и CISC