Процессоры.

Основные понятия

Успехи и настойчивый труд многих поколений ученых, технологов и инженеров привели к созданию в начале семидесятых годах 20 века микропроцессоров, ставших основой не только очень многих устройств, но и целой отрасли, определившей дальнейшее развитие человеческого общества.

Современные процессоры для настольных компьютеров сегодня выпускаются в основном двумя фирмами INTEL www.intel.com и AMD (Advanced micro devices) www.amd.com.

Микропроце́ ссор (процессор) - электронное устройство, выполняющее арифметические, логические и операции управления записанные в машинном коде, реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем.

Первые микропроцессоры и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Главной тенденцией развития современных процессоров, в условиях отсутствия успехов в наращивании частоты ядра процессора, но уменьшения технологических норм и как следствие – увеличения количества транзисторов на кристалле, является увеличение количества ядер и размещение в процессоре различных контроллеров.

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров, в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, предложенного Джоном фон Нейманом (Пристонская архитектура) в 1946 году.

1. Принцип использования двоичной системы счисления для представления данных и команд.
2. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности.
3. Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными (если разделить память на: память программ и память данных мы получим Гарвардскую архитектуру).
4. Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
5. Принцип последовательного программного управления. Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.

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;

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

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.

С точки зрение программистов микропроцессор можно представить как устройство состоящее из:

- АЛУ – устройство, выполняющее арифметические и логические операции.

- УУ – устройство, вырабатывающее управляющие сигналы и распределение их по цепям управления.

- Регистры общего и специального назначения.