Процессор. Основные компоненты и их назначение

Центральный процессор (Central Processor Unit, CPU) осуществляет основные действия по выполнению команд.

В классическом варианте ЦП можно выделить следующие составляющие части:

устройство управления - control unit,

устройство для формирования (вычисления) адресов операндов- device for the formation of (computing) address operand,

арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее действия над операндами - arithmetic logic unit (ALU),

декодер команд - instruction decoder,

регистры для хранения данных, адресов и служебной информации - registers for storing data, address and service information.

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

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

• АЛУ - комбинационное логическое устройство, имеющее два (многоразрядных) входа (на которые подаются два слова входных операндов), на выходе АЛУ формируется результат операций, которые процессор выполняет над операндами (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, необходи-мый для функционирования процессора включает следую-щие регистры (Рис. 7, 8):

• аккумулятор - хранит результаты операций;

• счетчик 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 также информацию о текущем состоянии процессора.

Каждый процессор имеет свой набор регистров.
Можно выделить две группы процессоров:

● с регистрами общего назначения (регистровыми файлами) и

● со специализированным набором регистров (см. пример МП Intel х86).

В первом случае все регистры регистрового файла одинаковы и их можно использовать произвольно в командах (упрощается программирование).

Во втором - за каждым регистром закреплена своя функция, и использование регистров в командах оговорено в формате каждой команды.

Однако процессоры с регистровыми файлами требуется большие аппаратные затраты на организацию связи между регистрами.