Структура простейшего процессора

Для выполнения команд в структуру процессора входят внутренние регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ, ALU — Arithmetic Logic Unit). Работа всех узлов синхронизируется общим внешним тактовым сигналом процессора. То есть процессор представляет собой довольно сложное цифровое устройство.

Центральный процессор обрабатывает данные. Он выбирает коман­ды из памяти, дешифрирует их и выполняет. Он вырабатывает времен­ные сигналы и сигналы управления, передает данные в память и из памяти и устройств ввода-вывода, выполняет арифметические и логи­ческие операции и идентифицирует внешние сигналы. В течение каждого цикла команды ЦП выполняет много управляю­щих функций:

1) помещает адрес команды в адресную шину памяти;

2) получает команду из шины ввода данных и дешифрирует ее;

3) выбирает адреса и данные, содержащиеся в команде; адреса и данные могут находиться в памяти или в регистрах;

4) выполняет операцию, определенную в коде команды. Операцией может быть арифметическая или логическая функция, передача дан­ных или функция управления;

5) следит за управляющими сигналами, такими как прерывание, и реагирует соответствующим образом;

6) генерирует сигналы состояния, управления и времени, которые необходимы для нормальной работы УВВ и памяти.

Основу большинства процессоров образуют рабочие регистры. Регистры представляют собой сверхоперативное ЗУ небольшой емкости. Ре­гистры состоят из триггеров и адресуются подобно ячейкам памя­ти. Данные могут хранить­ся в регистре до тех пор, пока шина или некоторый блок не будут готовы принять их или пока они не потребуются по программе. Использование в программе рабочих регистров выгодно, так как ЦП может получить содержащиеся в них данные, не обращаясь к памяти. Регистры, содержимое которых не изменяется под воздействием про­граммы, позволяют сохранить данные для последующего использова­ния.

С помощью внутренних шин регистры связаны друг с другом.

На рисунке показан типовой набор регистров ЦП.

Большинство процессоров содержит несколько основных регистров: счетчик команд, регистр команд, регистр адреса памяти, аккумулятор, регистры общего назначения, индексные регистры, регистр условий, указатель стека.

Счетчик команд (СК) содержит адрес ячейки памяти, в которой находится очередная команда. Цикл выполнения команды начинается с того, что ЦП посылает содержимое счетчика команд в шину адреса; таким образом ЦП извлекает из памяти первое слово команды. При этом увеличивается на единицу содержимое счетчика команд и, такий образом, в следующем цикле команды из памяти будет извлечена сле­дующая из последовательности команд. Если команда многобайтная, то ЦП увеличивает на 1 содержимое счетчика команд (инкрементирует) столько раз, сколько это нужно. Таким образом, ЦП извлекает из

памяти и реализует команды последовательно, если только команда передача управления или условный переход не изменит содержимое счетчика команд.

Регистр команд сохраняет код команды до тех пор, пока она не бу­дет дешифрирована.

Аккумулятор — это регистр временного хранения, который используются в процессе вычисления. Обычно, в аккумуляторе содержится один из операндов арифметических или логических операций, в него же помещается и их результат.

Дата добавления: 2014-01-04