Процессор – это центральное устройство компьютера. На него возложены две основные функции: во-первых, производить определенные вычисления, и, во-вторых, управлять работой всех узлов компьютера. Эти функции выполняют различные составляющие процессора: арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления. Конструктивно процессор состоит из огромного количества электронных микросхем, сосредоточенных в микроскопическом объеме. Быть может, процессор является самым сложным устройством в мире. Весь прогресс в компьютерной индустрии связан с совершенствованием процессоров: расширением списка выполняемых ими функций, уменьшением объема и одновременным увеличением скорости выполнения операций (быстродействием), увеличением надежности. Именно для увеличения быстродействия данные перед непосредственным вычислением перемещаются из оперативной памяти в специальные ячейки, называемы регистрами процессора. Этих регистров несколько десятков и они выполняют различные функции.
Работа компьютера состоит из многих миллионов и даже миллиардов элементарных операций – машинных команд. Выполнение машинных команд предусмотрено в конструкции процессора. Для каждой команды в процессоре есть отвечающая за нее электронная микросхема. Все машинные команды делятся на группы в зависимости от класса выполняемой ими операции. Именно, команда выполняет действие одного из следующих типов:
• перемещает блок информации из оперативной памяти в регистры процессора;
• перемещает блок информации из регистров процессора в оперативную память компьютера;
• получает блок информации извне через один из портов и помещает ее в регистр процессора;
• выводит блок информации из регистра процессора через один из портов во внешнюю среду;
• инициирует операцию вычисления, выполняемую процессором: операция совершается над величинами, хранящимися в регистрах процессора, и результат помещается в другие или те же регистры;
• оповещает процессор о некоторой нештатной ситуации, называемой прерыванием: по этой команде процессор прекращает выполнение текущей программы и запускает другую программу, которая должна работать в случае прерывания данного типа.
Все содержательные операции совершаются непосредственно процессором над величинами, которые находятся в регистрах процессора. В частности, это арифметические и логические операции, а также операции преобразования. Эти операции фактически состоят из большого числа более мелких элементарных операций, каждая из которых производится над содержимым одного из разрядов одного из регистров. Многие из этих операций совершаются процессором параллельно (то есть одновременно). Для этого в компьютерах используется генератор тактовых импульсов, который синхронизирует работу различных частей компьютера. Каждая машинная команда состоит из определенного числа тактов. Один такт состоит из нескольких параллельно выполняемых операций. После выполнения всех тактов команды в одном из регистров процессора образуется правильный результат. Разные команды требуют различного количества тактов. В частности, число тактов при умножении чисел значительно больше, чем при сложении.
Перемещение информации между оперативной памятью и процессором и между оперативной памятью и портами происходит по системе соединений, которая называются шиной данных. Для увеличения скорости передачи биты информации передаются одновременно по нескольким линиям шины. Количество линий называется разрядностью шины. В персональных компьютерах используются 32-разрядные и 64-разрядные шины данных. По первой одновременно идет 4 байта информации, по второй – 8 байтов. Однако для правильной организации работы компьютера процессор и память должны обмениваться не только данными, но и управляющими сигналами. Для этого в компьютере предусмотрены кроме шины данных еще две шины: шина адреса и шина управления (на самом деле есть еще шины питания, по которым на все устройства компьютера подается питание).
|
8th Май 2011
|
Теги:
|