Этапы цикла выполнения команд

Реферат

На тему: «______________________________»

(Вариант №___)

Выполнил: студент(ка)

Группы__________

Ф.И.О._____________

Проверил:

Преподаватель__________________

Г.о. Тольятти 2011

ã Волжский университет им. В.Н. Татищева

Введение

Детализацией архитектурного и структурного построения персонального компьютера занимаются
различные категории специалистов. Инженеры – схемотехники проектируют отдельные технические устройства и
разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления техническими
средствами, информационного взаимодействия между уровнями, организации вычислительного процесса. Программисты
разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователей с персональным компьютером и необходимый сервис при решении ими своих задач.

Архитектура ПК

Архитектура ПК – это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ПК. Каждый
из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения персонального компьютера.

Важнейшие характеристики персонального компьютера

Важнейшими характеристиками персонального компьютера являются быстродействие и производительность. И хотя эти характеристики тесно связаны, тем не менее, их не
следует смешивать. Быстродействие характеризует технические параметры, а производительность – наблюдаемую скоростью выполнения программ. При этом в основном
быстродействие определяется характеристиками элементной базы, на которой построены процессор и оперативная память, а производительность – совокупностью структурных и организационных решений процессора.

Архитектура процессора – совокупность научных идей, структурных, организационных и технических
решений, определяющих основные принципы функционирования процессора, его наблюдаемые характеристики и области практического применения.

ПОМИМО АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА И ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА В ЦЕЛОМ ВЛИЯЮТ ТАКЖЕ ПРИНЯТЫЕ СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ, ВЫБРАННЫЕ ИЛИ РАЗРАБОТАННЫЕ МИКРОПРОГРАММНЫЕ ИЛИ СХЕМНО - РЕАЛИЗОВАННЫЕ АЛГОРИТМЫ ВЫПОЛНЕНИЯ МАШИННЫХ КОМАНД И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ПРОЦЕССОРА. ОСОБО СЛЕДУЕТ ОТМЕТИТЬ ВЛИЯНИЕ НА НАБЛЮДАЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРА РЕШЕНИЕ О ГРАНИЦЕ МЕЖДУ ПРОГРАММНЫМИ И АППАРАТНЫМИ СРЕДСТВАМИ, КОТОРАЯ МОЖЕТ БЫТЬ СУЩЕСТВЕННО ВАРЬИРУЕМА МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАРНЫМИ МАШИННЫМИ КОМАНДАМИ И МАШИННЫМИ КОМАНДАМИ, РЕАЛИЗУЮЩИМИ ЦЕЛЫЕ ПРОГРАММНЫЕ ФРАГМЕНТЫ.

Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП; англ. central processing unit, CPU, дословно - центральное вычислительное устройство) - исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова "микропроцессор". Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Изначально термин Центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.).
Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели. Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом. Д. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году. Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться
дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

Этапы цикла выполнения команд

Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;

Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;

Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;

Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;

Снова выполняется п.1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их.
Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода - тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.