Базовая организация ЭВМ

Процессор. Основные компоненты и их назначение

Центральный процессор компьютера (Central Processor Unit, CPU) осуществляет основные действия по выполнению команд. В нём можно выделить несколько составляющих частей:

Элементы, составляющие процессор:

  1. декодер команд;
  2. арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее действия над операндами;
  3. регистры для хранения данных, адресов и служебной информации;
  4. устройство для формирования (вычисления) адресов операндов;
  5. устройство управления.

- Устройство управления (УУ)- управляет процессором последовательной выборки, декодирования и исполнения команд программы, хранимой в памяти. УУ формирует временную диаграмму работы всех узлов процессора. Часть регистров также можно отнести к УУ.

- Устройство формирования адресов операндов - вычисляет адрес, по которому произойдёт очередное обращение к участку памяти, содержащему операнд.

- АЛУ - комбинационное логическое устройство, имеющее два (многоразрядных) входа (на которые подаются два слова сходных операндов), на выходе АЛУ формируется результат операций, которые процессор выполняет над операндами, таких, как сложение, умножение и т.п. Минимальный набор операций (машина Фон-Неймана), которые должно выполнять АЛУ, включает операции сложения, инверсии и логического "И", все остальные операции можно получить на базе этих.

- Регистры. Минимальный набор регистров, необходимый для функционирования процессора включает следующие регистры:

-- Аккумулятор - хранит результат операций, часто имеет удвоенною. длину по сравнению с разрядностью процессора (для хранения результатов операций умножения и сдвига).

-- Счётчик команд - содержит адрес следующей команды.

-- Регистр адреса - содержит адрес операнда, используется при косвенной адресации.

-- Регистр флагов (состояния и управления) - содержит код, характеризующий результаты предыдущих операций, а так же информацию о текущем состоянии центрального процессора компьютера.

 

Рисунок. Регистры процессора MC68HC05

центральный процессор компьютера

- Регистровый файл - набор однотипных регистров.

Каждый процессор имеет свой набор регистров. Можно выделить две группы процессоров: с регистрами общего назначения и со специализированным набором регистров (Пример IntelX86). В первом случае все регистры регистрового файла одинаковы и их можно использовать произвольно в командах. Во втором - за каждым регистром закреплена своя функция, и использование регистров в командах оговорено в формате каждой команды. Однако, процессоры с регистровыми файлами требуют большие аппаратные затраты на организацию связи между регистрами.

Рисунок. Регистры процессоров MC68xxx и Intel X86

центральный процессор компьютера

центральный процессор компьютера

 

Модель процессора для программиста - набор регистров, форматы команд, способы адресации, организация памяти и др. Можно рассматривать регистровую модель процессора - набор регистров, их форматы и способы работы с ними.

- на пользовательском уровне (регистры общего назначения и флагов)

- на системном уровне (регистры управления процессором и организации памяти, элементы организации прерываний и прямого доступа к памяти (ПДП)).

Вычислительное ядро (Core) - этим термином обозначают совокупность элементов процессора, необходимых для выполнения команды.

Переферийные устройства - устройства, внешние по отношению к связке "процессор-память".

Устройства ввода-вывода - часть переферийных устройств, предназначенная для связи ЭВМ с "внешним миром".

 

Яндекс.Метрика