Рис 4.15. Структурная схема базовой модели МП фирмы Intel
Условно микропроцессор можно разделить на две части: исполнительный блок (Execution Unit, EU) и устройство сопряжения с системной магистралью (BUS Interface Unit, BIU).
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистры общего назначения (РОН). Арифметический блок включает арифметико-логическое устройство, вспомогательные регистры для хранения операндов и регистр флагов.
Восемь регистров исполнительного блока МП (АХ, ВХ, СХ, DX, SP, BP, SI, DI) имеющих длину, равную машинному слову, делятся на две группы. Первую группу составляют регистры общего назначения: – АХ, ВХ, СХ и DX.
Вторую группу составляют адресные регистры: SP, BP, SI и DI (в старших моделях количество адресных регистров увеличено).
Устройство сопряжения с системной магистралью содержит управляющие регистры, конвейер команд, АЛУ команд, устройство управления исполнительным блоком МП и интерфейс памяти, соединяющий внутреннюю магистраль МП с системной магистралью ПЭВМ.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из нескольких специальных регистров, полноразрядного сумматора и схем местного управления.
Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам. Необходимо отметить, что если операнды команды хранятся в РОН, то время выполнения команды значительно сокращается. Одна из причин, почему программисты иногда обращаются к программированию на языке машинных команд, это наиболее полное использование РОНдля получения максимального быстродействия при выполнении программ, критичных по времени.
Рассмотрим кратко характеристики процессоров, используемых в современных ПК типа IBM PC. Процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор Intel Core, выпуск которого начат в начале 2006 г. К основным особенностям архитектуры Intel Core можно отнести следующие:
— имеется специальный внутренний КЭШ размером 2 Мбайта;
— добавлена арбитражная шина, которая уменьшает нагрузку системной шины;
— внутренняя микроархитектура процессора базируется на двух ядрах — параллельно работающих конвейерах команд (суперскалярная архитектура), которые исполняют сразу несколько команд в 12 разных фазах обработки (чтение, дешифрация, загрузка операндов, исполнение и т.д.). Конвейеры заканчиваются двумя АЛУ: АЛУ, работающим на удвоенной частоте процессора для коротких арифметических и логических команд, и АЛУ для выполнения медленных команд;
— введено управление питанием ядра, которое включает в себя блок температурного контроля, способный управлять отдельно питанием каждого ядра.
Фирма Intel поставляет упрощенные варианты процессоров Pentium 4 под названием Celeron, который в два раза дешевле базового варианта процессора. Однако следует отметить, что последние модели процессора Celeron ни в чем не уступают «старшему брату» и даже в некоторых случаях превосходят его.
Фирма AMD {Advanced Micro Devices) выпускает процессоры, совместимые по системе команд с Intel Pentium 4 — Athlon (K7). Этот процессор выполнен по суперскалярной архитектуре с тремя конвейерами команд, работающими параллельно и способными обрабатывать до девяти инструкций за один цикл работы процессора. Тестирование процессора К7 и его сравнение с Pentium 4 показывает, что К7 не уступает ему и даже превосходит его в некоторых случаях. Стоимость процессора Athlon на 20—30 % дешевле процессора Intel. Процессор К7 требует для своей работы собственной шины, несовместимой с шиной процессора Pentium 4. Поэтому замена одного типа процессора другим требует и замены системной платы, на которой расположен набор микросхем основных функциональных устройств ПК.
