Центральный процессор

Центральный 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:

1. Вызывает следующую команду из памяти и переносит её в регистр команд.
2. Меняет положение счётчика команд, который после этого указывает на следующую команду. Это происходит после декодирования текущей команды, в некоторых случаях в процессе.
3. Определяет тип вызванной команды.
4. Если команда использует слово из памяти, то определяет где оно находится.
5. Переносит слово в регистр центрального процессора. Некоторые команды загружают целые группы слов и обрабатывают их.
6. Выполняет команду
7. 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