Характеристики микропроцессоров

Процессоры и их основные типы и характеристики. Выполнение команд процессором.

Микропроцессор - это процессор, выполненный в виде большой интегральной схемы и заключённый в герметический корпус. В основе любой ПЭВМ лежит использование микропроцессоров.

Микропроцессор является “мозгом” компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняемых операций в секунду.

Разрядность характеризует объём информации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный - 32 бита. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм. Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году.

Процессоров в компьютере много, кроме центрального процессора в компьютере находятся и другие процессоры. Процессор - это не только скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле находятся: собственно процессор-главное вычислительное устройство, сопроцессор -спец. блок, который применяется для особо точных и сложных расчетов, кэш-память первого уровня -небольшая сверхбыстрая память, предназначена для промежуточных результатов вычислений, кэш-память второго уровня - эта память чуть помедленнее, зато больше.

Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.

Тактовая частота показывает, сколько элементарных операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Тактовая частота обозначается цифрой в названии процессора. Наибольшей популярностью пользуются процессоры с частотой от 800 до 1200 МГц.

Кэш-памяти в процессоре имеется двух видов. Самая быстрая - кэш-память первого уровня. Существует еще чуть менее быстрая, но объемная кэш-память второго уровня.

Перечислим основные функции микропроцессора:

· выборка команд из ОЗУ;

· декодирование команд (т.е. определение назначения команды, способа ее исполнения и адресов операндов);

· выполнение операций, закодированных в командах;

· управление пересылкой информации между своими внутренними регистрами, оперативной памятью и внешними (периферийными) устройствами;

· обработка внутрипроцессорных и программных прерываний;

· обработка сигналов от внешних устройств и реализация соответствующих прерываний;

· управление различными устройствами, входящими в состав компьютера.

В простейшем виде обработка команд проходит в две стадии: процессор считывает (выбирает) из памяти, а затем запускает очередную коман­ду. Исполнение программы сводится к повторению процесса выборки команды и ее исполнения. Для выполнения одной команды может потребоваться несколько операций; их число определяется природой самой команды.

Набор действий, требующихся для реализации одной команды, называется ее циклом. На рис. 1.2 показан процесс обработки команд процессором в такой упрощенной схеме, включающей два этапа. Эти этапы называются циклом выборки и циклом исполнения. Прекращение работы программы происходит при выключении машины, в случае возникновения какой-либо фатальной (неисправимой) ошибки, или если в программе имеется команда останова.

Цикл выполнения команды – это последовательность действий, которая совершается процессором при выполнении одной машинной команды. При выполнении каждой машинной команды процессор должен выполнить как минимум три действия: выборку, декодирование и выполнение. Если в команде используется операнд, расположенный в оперативной памяти, то процессору придётся выполнить ещё две операции: выборку операнда из памяти и запись результата в память. Ниже описаны эти пять операций.

• Выборка команды. Блок управления извлекает команду из памяти (из очереди команд), копирует её во внутреннюю память процессора и увеличивает значение счётчика команд на длину этой команды (разные команды могут иметь разный размер).
• Декодирование команды. Блок управления определяет тип выполняемой команды, пересылает указанные в ней операнды в АЛУ и генерирует электрические сигналы управления АЛУ, которые соответствуют типу выполняемой операции.
• Выборка операндов. Если в команде используется операнд, расположенный в оперативной памяти, то блок управления начинает операцию по его выборке из памяти.
• Выполнение команды. АЛУ выполняет указанную в команде операцию, сохраняет полученный результат в заданном месте и обновляет состояние флагов, по значению которых программа может судить о результате выполнения команды.
• Запись результата в память. Если результат выполнения команды должен быть сохранён в памяти, блок управления начинает операцию сохранения данных в памяти.

Суммируем полученные знания и составим цикл выполнения команды:

1. Выбрать из очереди команд команду, на которую указывает счётчик команд.
2. Определить адрес следующей команды в очереди команд и записать адрес следующей команды в счётчик команд.
3. Декодировать команду.
4. Если в команде есть операнды, находящиеся в памяти, то выбрать операнды.
5. Выполнить команду и установить флаги.
6. Записать результат в память (по необходимости).
7. Начать выполнение следующей команды с п.1.

Это упрощённый цикл выполнения команды. К тому же действия могут отличаться в зависимости от процессора. Однако это даёт общее представление о том, как процессор выполняет одну машинную команду, а значит и программу в целом.

Дата добавления: 2015-04-24