Часть аппаратного обеспечения компьютера которая является исполнителем машинных инструкций

1. Центральный процессор – назначение, структура, основные характеристики

Центральный
процессор (ЦП)
— исполнитель машинных инструкций,
часть аппаратного обеспечения компьютера
или программируемого логического
контроллера, отвечающий за выполнение
операций, заданных программами.

Два
направления применения ЦП:

1.
Используются в комплексе схемных
элементов в виде микрокомпьютера, т.е.
системы, собранной на одной или нескольких
платах и содержащей собственно ЦП,
оперативную память и модули ввода-вывода.

2.
ЦП, представляя собой семейство больших
интегральных схем, встраиваемых как
интегральное целое в создаваемую систему
по усмотрению инженеров-проэктировщиков.

По
конструкции
ЦП
подразделяются на:

1.
Однокристальные (вся логика размещается
в 1 кристалле, они имеют постоянную
разрядность и постоянный набор команд);

2.
На процессорных элементах (разрядность
и система команд может изменяться и
определяться в процессе разработки
применительно к той прикладной области,
где будет использоваться данный ЦП).

Центральный
процессор содержит:
1. арифметико-логическое устройство; 2.
шины данных и шины адресов; 3. регистры;
4. счетчики команд; 5. кэш — очень быструю
память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);
6. математический сопроцессор чисел с
плавающей точкой.

2 Основных типа архитектуры:

1.
CISC
(complex
instruction
set
computing)
– архитектура с полным набором машинных
команд;

2.
RISC
(reduced
instruction
set
computing)
– архитектура с упрощённым набором
команд, для мощных рабочих станций.

Основные
характеристики ЦП:

1.
тип архитектуры или серия (CISC,
RISC,
Intel
x86);

2.
система поддерживаемых команд (х86,
IA-32,
IA
64);

3.
расширения системы команд (ММХ – все
х86 процессоры, SSE
– Pentium
3, SSE2
– Pentium
4, 3Dnow!
– процессоры AMD);

4.
конструктивное исполнение (Slot
1, Slot
2, Slot
А – модульная конструкция с дискретными
схемами; Socket
340, Socket
478, Socket
A
– интегрированная в кристалл кэш-память
2го уровня);

5.
тактовая частота (МГц, ГГц);

6.
частота системной шины.

1. Расслоение центрального процессора, разновидности периферийных процессоров, мультизадачная и потоковая обработка

В
рамках дальнейшего развития как большие
компьютеры, так и самые первые
микропроцессоры для персональных
компьютеров (Intel
8086) использовали поточную (или
многофункциональную) обработку, когда
при выполнении очередной команды часть
функциональных элементов ЦП одновременно
проводит подготовку к выполнению
следующей (загрузку из ОП и ее дешифровку).
Дальнейшее расслоение
ЦП
связано с появлением процессоров
ввода-вывода, арифметических процессоров
(сопроцессоров), графических,
криптографических процессоров и т.п.

Условно
периферийные
устройства можно разделить на
основные,
без которых работа компьютера практически
невозможна, и прочие, которые подключаются
при необходимости.

К
основным
относятся устройства управления курсором
и отчасти модемы (для терминалов и
бездисковых станций). Практически к ПК
можно подключить любые устройства,
которые могут вырабатывать электрические
сигналы и/или ими управляться. Периферийные
устройства подключаются к компьютеру
через внешние интерфейсы или с помощью
специализированных адаптеров или
контроллеров. Средством стыковки
какого-либо устройства и какой-либо
шины компьютера является адаптер
и контроллер.

Периферийные
устройства:
связь с сотовым телефоном, аксессуары
к ПК, колонки & наушники, игровые
устройства, цифровая техника, CompactFlash.

Потоковая
обработка
— это обработка фото, видео звука и т.п.
Обработка информации проходит в реальном
времени, все операции проходят без
задержек.

Расслоение
центрального процессора:
в нем находятся регистры – это основные
действующие ячейки кэш памяти, обычно
двухуровневая. Одна служит для выполнения
быстрых операций по регистрам, она
меньшего размера, но более быстродействующая,
с ней связывается кэш память второго
уровня, которая синхронизирует оперативную
память, гораздо более медленную, с
процессором.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Центра́льный проце́ссор (ЦП; CPU — англ. céntral prócessing únit, дословно — центральное вычислительное устройство) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Изначально термин Центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

Архитектура фон Неймана

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Д. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.

Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;
2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;
3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
5. Снова выполняется п. 1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм полезной работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки аппаратного прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Конвейерная архитектура

Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:

• получение и декодирование инструкции (Fetch)
• адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memory access)
• выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation)
• сохранение результата операции (Store)

После освобождения k-й ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.

Действительно, при отсутствии конвейера выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по прежнему необходимо выполнять выборку, дешифрацию и т. д.), и для исполнения m команд понадобится единиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения m команд понадобится всего лишь n + m единиц времени.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

1. простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами);
2. ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд, out-of-order execution);
3. очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода.)

Суперскалярная архитектура

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности.

x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

Джоном Коком (John Cocke) из

Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии MIPS и Alpha.

Многоядерные процессоры

Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию системы «Мультипроцессор».

Двухядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из четырёх физических ядер, что существенно влияет на скорость его работы.

10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхьядерные процессоры для серверов AMD Quad-Core Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barcelona^[1]. 19 ноября 2007 вышел в продажу четырёхьядерный процессор для домашних компьютеров AMD Quad-Core Phenom^[2]. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).

27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора^[3]. Предполагается, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, а это в свою очередь ожидается к 2010 году.

На данный момент массово доступны двух- и четырехядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65 нм ядре Conroe (позднее на 45 нм ядре Wolfdale) и Athlon64X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший обьем кэша и рабочие частоты.

Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырехядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач.

На настоящий момент (1-2 квартал 2009 года) обе компании обновили свои линейки четырёхядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трех моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трехканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой сторной платформы, использующей Core i7 является ее чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel-X58 и трехканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.

Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объем кэша (явно недостаточный у первого «Фенома»), а производство процессора было переведено на 45 нм техпроцесс, позволивший снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты. В целом AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстает от Intel Core i7. Однако, принимая во внимание умеренную стоимость платформы на базе этого процессора, его рыночные перспективы выглядят куда более радужно чем у предшественника.

Кэширование

Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти (кэш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить 64 бит запись+64 бит чтение либо два 64-бит чтения за такт, AMD K8L может производить два 128 бит чтения или записи в любой комбинации, процессоры Intel Core 2 могут производить 128 бит запись+128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Параллельная архитектура

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.

Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.

Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить (по классификации Флинна):

• MISD — много потоков команд, один поток данных;
• MIMD — много потоков команд, много потоков данных.

Технология изготовления процессоров

История развития процессоров

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 МБ памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 ГБ оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

Современная технология изготовления

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов.

В начале 1970-х годов благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), микросхем, стало возможным разместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве. Появились так называемые микропроцессоры. Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только в начале 80-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев. Надо сказать что переход к микропроцессорам позволил потом создать персональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом.

Первый микропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 108 кГц и стоил 300$.

За годы существования технологии микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например Intel x86, развившаяся вначале в 32 бит IA32 а позже в 64 бит x86-64. Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры как Alpha, SPARC, MIPS (RISC — архитектуры) и EPIC-архитектура).

Большинство процессоров используемых в настоящее время являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и пр., как процессоры компании Intel, AMD и 8086, i286 (в русском компьютерном сленге называется «двойка», «двушка»), i386 («тройка», «трёшка»), i486 («четвёрка»), Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Core 2 Duo, Itanium и др. AMD имеет в своей линейке процессоры Amx86 (сравним с Intel 486), Sempron (сравним с Intel Celeron), Athlon 64, Athlon 64 X2,

Будущие перспективы

В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Квантовые компьютеры
2. Молекулярные компьютеры

Квантовые процессоры

Процессоры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

Российские микропроцессоры

Разработкой микропроцессоров в России занимается ЗАО «МЦСТ». Им разработаны и внедрены в производство универсальные RISC-микропроцессоры с проектными нормами 130 и 350 нм. Завершена разработка суперскалярного процессора нового поколения Эльбрус. Основные потребители российских микропроцессоров — предприятия ВПК.

История развития

• 1998 год,
• 2001 год, SPARC-совместимый микропроцессор МЦСТ-R150 с топологическими нормами 350 нм и тактовой частотой 150 МГц.
• 2003 год, SPARC-совместимый микропроцессор МЦСТ-R500 с топологическими нормами 130 нм и тактовой частотой 500 МГц.
• 2004 год, Эльбрус 2000 (E2K) — микропроцессор нового поколения на полностью заказной технологии с топологическими нормами 130 нм и тактовой частотой 300 МГц (авторские права защищены 70 патентами).
• 2005 год
  • Январь
    • Успешно завершены государственные испытания микропроцессора МЦСТ-R500 — самой совершенной модификации первых современных отечественных универсальных Эльбрус-90микро, успешно прошедших типовые испытания в конце 2004 года.
    • На базе микропроцессоров МЦСТ-R500 в рамках проекта Эльбрус-90микро создан микропроцессорный модуль МВ/C, фактически представляющий собой одноплатную ЭВМ.
    • На базе микропроцессорного ядра МЦСТ-R500 начата разработка двухпроцессорной системы на кристалле (СНК). На кристалле будут также размещены все контроллеры, обеспечивающие её функционирование как самостоятельной ЭВМ. На базе СНК предполагается создание семейств новых малогабаритных носимых вычислительных устройств типа ноутбуков, наладонников,
  • Май
    • Получены первые образцы микропроцессора Эльбрус 2000. Этот микропроцессор построен по разработанной российскими учёными современной технологии и имеет архитектуру явного параллелизма (VLIW/

Другие национальные проекты

Китай

• См. также

  • Адаптивы
  • Микроконтроллер
  • Микропроцессорная система
  • Система на кристалле
  • Аппаратная платформа компьютера

  Примечания

  1. ↑ http://www.osp.ru/cw/2007/33/4341909/ AMD Barcelona уже в продаже
  2. ↑ http://www.thg.ru/cpu/amd_phenom/index.html AMD Phenom: тесты настоящего четырёхядерного процессора
  3. ↑ http://lenta.ru/news/2006/09/27/multicore/

  Ссылки

  • Сравнительная таблица по процессорам
  • Российский микропроцессор МЦСТ-R500 1 ГГц 130 нм, для ВПК
  • Отечественные многоядерные процессоры «Мультикор», RISC+DSP, для ВПК
  • Правительство обнулило пошлины на процессоры 18.09.2007
  • Крис Касперски RISC vs. CISC
  • Процессор (энциклопедия Алфёрова)
  • Intel представила 80-ядерный процессор Ferra.ru, 12 февраля 2007

  Литература

  • Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 59—241. — ISBN 0-7897-3404-4

  Устройство цифровых процессоров
  Архитектура	Гарвардская • Фон Неймана • Битовые операции • Система команд • Кольца защиты • RISC • MISC • EPIC •
  Параллелизм	Упреждающее выполнение • Конвейер • Суперскалярность • Подмена регистров • Мультипроцессор • Многопоточность
  Компоненты	АЛУ • Математический сопроцессор • Корпус • Векторный процессор • Регистры • Кэш
  Питание	Динамическое изменение частоты • Динамическое изменение напряжения
  Реализации	Микропроцессор • Графический процессор • Физический процессор • DSP • Система на кристалле • Микроконтроллер • ПЛИС

  Компоненты персонального компьютера
  Системный блок	Блок питания • Система охлаждения • Материнская плата • Центральный процессор • Шины • Видеокарта • Звуковая плата • Сетевая плата
  Компьютерная память	Оперативная память • Твердотельный накопитель (Флеш-память) • Жёсткий диск
  Запоминающие устройства	Дисковод (Дискета) • Стример • Оптический привод (CD • Blu-ray Disc)
  Устройства вывода	Монитор • Акустика • Принтер • Графопостроитель (плоттер)
  Устройства ввода	Клавиатура • Мышь • Микрофон • Световое перо • Графический планшет • Тачпад • Трекбол • Сенсорный экран • Сканер
  Игровые устройства	Джойстик • Руль • Штурвал • Педали • Пистолет • Геймпад • Дэнспад • Трекер
  Прочее	Модем • ИБП • ТВ-тюнер

  Микроконтроллеры
  Архитектура	8-bit MCS-51 • MCS-48 • AVR • Z8 • H8 • COP8 • 68HC08 • 68HC11 16-bit PIC24 • MAXQ • Nios • 68HC12 • 68HC16 32-bit ARM • PIC32MX • 683XX • M32R •
  Производители	Analog Devices • Fujitsu • Holtek • Infineon • MicroChip • Maxim • Parallax • Texas Instruments • Zilog
  Компоненты	Регистр • Прерывание • CPU • SRAM • Флеш-память • кварцевый резонатор • кварцевый генератор • RC-генератор • Корпус
  Периферия	Таймер • АЦП • ЦАП • Компаратор • ШИМ контроллер • Счётчик • LCD • Датчик температуры • Watchdog Timer
  Интерфейс	CAN • UART • SPI • I²C • ОС	μClinux • BeRTOS • ChibiOS/RT • RTEMS • Unison • MicroC/OS-II • Программирование	Программатор • Ассемблер • MPLAB • AVR Studio • MCStudio

Чтобы нормально знать ассемблер, надо знать, что такое процессор. Именно поэтому я решил написать данную статью. Мы рассмотрим что такое процессор и его структуру.

Центральный процессор — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

Вот упрощённая структура процессора:

Основные элементы процессора:

Самое главное в процессоре это регистры. Регистры состоят из триггеров. Триггер может иметь 2 значения 0 или 1. Регистры бывают 8, 16, 32, 64 разрядные, понятно, что если 8 разрядов, то в регистре 8 триггеров.

Регистры – это специальные ячейки памяти, физически расположенные внутри процессора. В отличие от ОЗУ, где для обращения к данным требуется использовать шину адреса, к регистрам процессор может обращаться напрямую. Это существенно ускорят работу с данными.

Основные регистры процессора:

Регистры EAX, EBX, ECX, EDX – это регистры общего назначения. Они имеют определённое назначение, однако в них можно хранить любую информацию.

Регистры EBP, ESP, ESI, EDI – это также регистры общего назначения. Они имеют уже более конкретное назначение. В них также можно хранить пользовательские данные, но делать это нужно уже более осторожно, чтобы не получить «неожиданный» результат.

Регистр флагов — отражает текущее состояние процессора.

Cегментные регистры нужны для доступа к памяти в сегментах кодов, данных, стека и дополнительного сегмента, соответственно. Каждый из них используется по своему назначению, но их использование может изменяться в соответствии с требованиями программы.

• АЛУ — арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции, такие как сложение, вычитание, а также логические операции.
• БУ — блок управления определяет последовательность микрокоманд, выполняемых при обработке машинных кодов (команд).
• ТГ — тактовый генератор, или генератор тактовых импульсов, задаёт рабочую частоту процессора. С помощью тактовых импульсов выполняется синхронизация для внутренних команд процессора и остальных устройств. Тактовый генератор вырабатывает (генерирует) прямоугольные импульсы, которые следуют с определённой частотой.

В теории электронно-вычислительных машин различают два понятия:

1. Машинный такт, он соответствует одному периоду импульсов тактового генератора и является основной единицей измерения времени выполнения команд процессором.

2. Машинный цикл, он состоит из нескольких машинных тактов. Машинный цикл – это время, необходимое для выполнения одной команды.

Машинный цикл может отличаться для разных команд. Для простых команд может потребоваться всего 1-2 машинных такта. В то время как для сложных команд, таких как умножение, может потребоваться до 50 машинных тактов и более. Это очень важный момент. Когда вы будете писать реальные программы, которые очень критичны к быстродействию, следует помнить о том, что разные команды требуют соответствующего времени работы процессора. То есть одни и те же действия можно выполнить, например, за 100 машинных тактов, а можно и за 20.

На этой странице сайта вы найдете ответы на вопрос Интегральная схема исполняющая машинные инструкции главная часть аппаратного обеспечения компьютера?,
относящийся к категории Информатика. Сложность вопроса соответствует базовым
знаниям учеников 5 — 9 классов. Для получения дополнительной информации
найдите другие вопросы, относящимися к данной тематике, с помощью поисковой
системы. Или сформулируйте новый вопрос: нажмите кнопку вверху страницы, и
задайте нужный запрос с помощью ключевых слов, отвечающих вашим критериям.
Общайтесь с посетителями страницы, обсуждайте тему. Возможно, их ответы
помогут найти нужную информацию.

Скачать материал

Скачать материал

Рабочие листы

к вашим урокам

Скачать