Принцип действия процессора

Процессор является главным элементом ЭВМ. Он прямо или косвенно управляет всеми устройствами и процессами, происходящими в ЭВМ.

В конструкции современных процессоров четко просматривается тенденция постоянного увеличения тактовой частоты. Это естественно, чем больше операций выполняет процессор, тем выше его производительность. Предельная тактовая частота во многом определяется существующей технологией производства микросхем(наименьшими достижимыми размерами элементов, которые определяют минимальное время передачи сигналов).

Кроме повышения тактовой частоты, увеличение производительности процессоров достигается разработчиками менее очевидными приемами, связанными с изобретением новых архитектур и алгоритмов обработки информации. Некоторые из них рассмотрим на примере процессора Pentium (P5) и последующих модулей

Перечислим основные особенности процессора Pentium:

· Конвейерная обработка информации;

· Суперскалярная архитектура;

· Наличие раздельных кэш – памятей для команд и данных;

· Наличие блока предсказания адреса перехода;

· Наличие блока вычислений с плавающей точкой;

· Поддержка многопроцессорного режима работы;

· Наличие средства обнаружения ошибок.

Термин «суперскалярная архитектура» означает, что процессор содержит более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки часто называют конвейерами. Заметим, что первая суперскалярная архитектура была реализована в отечественной ЭВМ «Эльбрус-1» (1978г.).

Наличие в процессоре двух конвейеров позволяет ему одновременно выполнять (завершать) две команды (инструкции).

Каждый конвейер разделяет процесс выполнения команды на несколько этапов (например, пять):

· Выборка (считывание) команды из ОЗУ или кэш-памяти;

· Декодирование (дешифрация) команды, т.е. определение кода выполняемой операции;

· Выполнение команды;

· Обращение к памяти;

· Запоминание полученных результатов в памяти

Для реализации каждого из перечисленных этапов (каждой операции) служит отдельное устройство – ступень. Таким образом, в каждом конвейере процессора Pentium имеется 5 ступеней.

При конвейерной обработке на выполнение каждого этапа отводится один такт синхронизирующей (тактовой) частоты. В каждом новом такте заканчивается выполнение одной команды и начинается выполнение новой команды. Такое выполнение команд называют поточной обработкой

Основные характеристики МП

· Разрядность регистров и архитектура ядра

· Технология изготовления

· Рабочая температура

· Частота ядра

· Частота и объем кэшей

· Частота и разрядность шины

· Тип разъема

· Напряжение питания ядра и цепей ввода-вывода

· Тип корпуса

· Кодовое наименование

Схема 8-миразрядного микропроцессора.

Внутренняя шина данных

 

 

Регистры общего назначения B, C, D, E, H, L, W, Z могут содержать результаты предыдущих операций МП, а также использоваться для временного хранения данных в течение периода исполнения какой-либо команды.

Арифметическая и логическая обработка информации в рассматриваемом МП осуществляется арифметико-логическим устройством (АЛУ). К основным арифметическим операциям относятся: сложение и вычитание двоичных и двоично-десятичных чисел, а также сдвиг двоичных чисел влево или вправо на один разряд. С помощью этих элементарных операций реализуются и более сложные: умножение, деление и т.д. К логическим операциям, выполняемым АЛУ над двоичными числами, относятся операции И, ИЛИ, исключающие ИЛИ и т.д.

Как видно на рисунке, данные, предназначенные для обработки, называемые операндами, могут поступать в АЛУ одновременно из нескольких разных мест: а) аккумулятора и одного из регистров общего назначения; б) аккумулятора и памяти через буфер шины данных. Буфер представляет собой регистр с параллельными входами и предназначен для кратковременного хранения информации.

Для данного МП один из обрабатываемых операндов всегда должен находиться в аккумуляторе. Так, чтобы сложить содержимое двух регистров, необходимо сначала содержимое одного из регистров передать в аккумулятор