Как выполняются программы?

ЛЕКЦИЯ

Тема: Устройства обработки информации

 

План:

1. Центральный процессор

2. Математический сопроцессор

3. Материнская плата

4. Платы расширения

5. Адаптер

 

Информация в компьютере обрабатывается процессорами. Самым «главным» устройством компьютера является центральный процессор, но каким бы мощным он ни был, без «помощников» ему не обойтись. Большинство устройств компьютера имеют собственные встроенные процессоры. Процессор клавиатуры обеспечивает перевод сигнала, поступившего от нажатой клавиши, в двоичный код; процессор игольчатого принтера преобразует двоичные коды в команды, управляющие сменой положения иголок печатающей головки; процессор сетевой карты обеспечивает «посредничество» между компьютером и сетью, подготавливает нужный формат данных, передаваемых от рабочей станции к серверу. Тем не менее, когда речь идет об обработке информации в сети, почти всегда имеется в виду центральный процессор.

1. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР (ЦП)

или ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО (ЦПУ).

Назначение. Центральный процессор — это устройство компьютера, которое обеспечивает общее управление компьютером и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ программе.

ЦПУ определяет производительность, эффективность всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс.

Кроме центрального процессора в компьютерной системе могут присутствовать и другие процессоры, отвечающие за обработку информации на своих участках (процессор клавиатуры, математический сопроцессор, процессор принтера, процессор видеокарты и пр.). Дополнительные процессоры нередко бывают установлены на периферийных устройствах и платах расширения. Но именно центральный процессор выполняет все важные вычисления в компьютере, именно здесь происходит основной процесс обработки информации.

Принцип работы. В персональных компьютерах центральный процессор конструктивно выполнен как микропроцессор (МП). Это полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуются компоненты процессора.

Логически центральный процессор представляет собой совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и центрального устройства управления (УУ).

Выполнение процессором программ предусматривает: арифметические действия, логические операции, передачу управления, перемещение данных из одного места памяти в другое.

Как выполняются программы?

В ЦПУ имеются два регистра специального назначения: счётчик команд и регистр команд. Счётчик команд содержит адрес команды, которую предстоит выполнить следующей, таким образом счётчик отслеживает порядок выполнения программы. Регистр команд используется для хранения команды, выполняемой в текущий момент.

Устройство управления непрерывно реализует один и тот же алгоритм, совершая машинный цикл, который включает в себя три шага: извлечь, декодировать, выполнить (рис. 1).

 

На шаге извлечения УУ требует, чтобы оперативная память предоставила ему следующую команду, которую необходимо выполнить. Устройству управления известно, где именно находится следующая команда, так как её адрес хранится в счётчике команд. Полученную из памяти команду УУ помещает в свой регистр команд и увеличивает содержимое счётчика команд на такую величину (для разных команд она разная, обычно 2, 4, 8 байтов), чтобы оно было равно адресу следующей команды.

В тот момент, когда команда оказывается в регистре команд, УУ начинает шаг декодирования. Оно анализирует код операции и поле операндов, чтобы определить, какие действия требуется выполнить по данной машинной команде.

Получив расшифрованную команду, УУ начинает шаг выполнения. Оно активизирует схемы, нужные для решения данной задачи. Например, если выполняемой командой окажется команда загрузки информации из оперативной памяти, УУ даст сигнал на выполнение операции загрузки; если команда окажется арифметической операцией, УУ активизирует соответствующие схемы арифметико-логического устройства, выбрав нужные регистры с входными данными.

После того, как команда выполнена, УУ вновь приступает к началу машинного цикла, к шагу извлечения. Обратите внимание, что в конце предыдущего шага извлечения содержимое программного счётчика было увеличено, и поэтому УУ получает опять правильный адрес новой команды.

Процессоры, как и все электрические схемы, бывают разных типов. Для ПК обозначение ЦПУ начинается с 80, затем следуют две или три цифры, после которых может быть дополнительно указана тактовая частота процессора. Перед обозначением типа процессора чаще всего стоит обозначение фирмы-изготовителя: i — Intel, AMD — AMD, CX — Cyrix.

Пример. i80486DX-50 указывает процессор типа 80486, изготовленный фирмой Intel, работающий с тактовой частотой 50 МГц.

 

Пользовательские характеристики:

• степень интеграции микросхемы — показывает, сколько транзисторов может в ней уместиться.

Пример. Для процессора Pentium Intel это приблизительно 3 млн транзисторов, расположенных на площади 3,5 см²;

• тактовая частота —определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в микропроцессоре. Чем выше тактовая частота МП (при прочих равных условиях), тем выше его быстродействие;
• адресное пространство. Разрядность адресной шины определяет количество ячеек оперативной памяти, к которым может адресоваться ЦПУ. При n-разрядной адресной шине адресное пространство равно 2";
• разрядность — максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно. Характеристика «разрядность» для процессора включает в себя:

• разрядность внутренних регистров МП — играет определяющую роль в принадлежности МП тому или иному классу;

• разрядность шины данных — от неё зависит скорость передачи информации между МП и другими устройствами;

• разрядность шины адреса — определяет адресное пространство, то есть максимальное количество байтов памяти, к которым может «обратиться» процессор.

Пример. Для МП с разрядностью 16/16/20 скорость передачи информации в два раза выше, чем для МП с разрядностью 16/8/20. Адресное пространство в обоих случаях составляет 2²⁰ байтов или 1 Мб;

 

• архитектура МП. В данном случае это принцип действия МП, состав и взаимное соединение основных его узлов.

К элементам архитектуры МП относятся:

- система команд и способы адресации;

- возможность совмещения выполнения команд во времени и др.

Характеристики некоторых процессоров представлены в табл. 1.

Таблица 1