В ы с ш е е п р о ф е с с и о н а л ь н о е о б р а з о в а н и е информатика и программироВание осноВы информатики

85
ДБ — другие блоки (математический сопроцессор, модуль пред-
•
сказания ветвлений);
ДК — дешифратор команд;
•
ИМП — интерфейс микропроцессора;
•
Кэш L1 — кэш-память первого уровня;
•
Кэш L2 — кэш-память второго уровня;
•
МПП — микропроцессорная память;
•
РОН — регистры общего назначения;
•
РС — регистры смещений;
•
РФ — регистр флагов;
•
СР — сегментные регистры;
•
УС — устройство синхронизации;
•
УУ — устройство управления.
•
Рассмотрим назначение этих блоков МП.
Устройство управления выполняет команды, поступающие в МП
в следующей последовательности:
1) выборка из регистра-счетчика адреса ячейки ОЗУ, где хранится
очередная команда программы;
2) выборка из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема счи-
танной команды в регистр команд;
3) расшифровка кода команды дешифратором команды;
4) формирование полных адресов операндов;
5) выборка операндов из ОЗУ или МПП и выполнение заданной
команды обработки этих операндов;
6) запись результатов команды в память;
7) формирование адреса следующей команды программы.
Для  ускорения  работы  перечисленные  действия  выполняются
параллельно: один блок выбирает команду, второй дешифрует, третий
выполняет, образуя конвейер команд.
Команды,  поступающие  в  УУ,  временно  хранятся  в  кэш-памяти
первого уровня, освобождая шину для выполнения других операций.
Размер кэш-памяти первого уровня 8 … 32 Кбайт.
Рис. 8.2. Структура микропроцессора

86
Арифметико-логическое устройство выполняет все арифметиче-
ские  (сложение,  вычитание,  умножение,  деление)  и  логические
(конъюнкция, дизъюнкция и др.) операции над целыми двоичными
числами и символьной информацией.
Устройство  синхронизации  определяет  дискретные  интервалы
времени — такты работы МП между выборками очередной команды.
Частота,  с  которой  осуществляется  выборка  команд,  называется
тактовой частотой.
Интерфейс  МП  (ИМП)  предназначен  для  связи  и  согласования
МП с системной шиной ЭВМ. Принятые команды и данные времен-
но  помещаются  в  кэш-память  второго  уровня.  Размер  кэш-памяти
второго уровня — 256 … 2 048 Кбайт. Ранее кэш-память второго уров-
ня размещалась на материнской плате.
Микропроцессорная  память  включает  в  себя  14  основных  двух-
байтовых запоминающих регистров и множество (до 256) дополни-
тельных регистров. Регистры — это быстродействующие ячейки па-
мяти различного размера. Основные регистры можно разделить на
4 группы.
1. Регистры общего назначения (РОН, универсальные регистры):
AX, BX, CX, DX. Можно работать с регистром целиком или отдельно
с  каждой  его  половинкой:  регистром  старшего  (high)  байта  —
AH, 
BH, и регистром младшего (low) байта — AL, BL, CL, DL. Например,
структура регистра
AX имеет вид, показанный на рис. 8.3.
Универсальные регистры имеют свое предназначение:
АХ
•
— регистр-аккумулятор, с его помощью осуществляется ввод-
вывод данных в МП, а при выполнении операций умножения и де-
ления
АХ используется для хранения первого числа, участвующего в
операции (множимого, делимого) и результата операций (произведе-
ния, частного) после ее завершения;
ВХ
•
 нередко  используется  для  хранения  адреса  базы  в  сег-
менте  данных  и  начального  адреса  поля  памяти  при  работе  с
массивами;
СХ
•
— регистр-счетчик, используется как счетчик числа повто-
рений при циклических операциях;
DX
•
— используется как расширение регистра-аккумулятора при
работе с 32-разрядными числами и при выполнении операции умно-
жения и деления.
2. Сегментные регистры используются для хранения начальных
адресов  полей  памяти  (сегментов),  отведенных  в  программах  для
хранения команд кода (регистр
CS), данных (DS), стека (SS ), до-
Рис. 8.3. Структура регистра
AX

87
полнительной области памяти данных при обмене между сегмента-
ми (
ES ).
3.  Регистры  смещений
IP,  SP,  ВР,  SI,  DI  предназначены  для
хранения  относительных  адресов  ячеек  памяти  внутри  сегментов
(смещений относительно начала сегментов).
4. Регистр флагов
FL содержит одноразрядные флаги, управляю-
щие выполнением программы в ЭВМ. Флаги принимают значения 0
или 1. Значения флагов устанавливаются независимо друг от друга.
Всего в регистре 9 флагов: 6 — статусные, отражающие результаты
операций  (флаги  переноса,  нуля,  переполнения  и  др.);  3  —  управ-
ляющие, определяющие режим выполнения программы (флаги по-
шагового  выполнения  программы,  прерываний  и  направления  об-
работки данных).
МПП  —  это  память  с  самым  меньшим  временем  доступа  в
ЭВМ.
Другие блоки — это блоки, ускоряющие работу МП. АЛУ произ-
водит  действия  только  над  двоичными  целыми  числами.  Операции
над числами с плавающей точкой выполняет математический сопро-
цессор, освобождая МП от выполнения этих операций. Блок пред-
сказания  ветвлений  программы  просматривает  программу  на  не-
сколько  шагов  вперед,  чтобы  определить  дальнейшее  направление
выполнения программы. Вероятность предсказания 80 — 90 %.
Работа МП состоит в выборке очередной команды и ее выполне-
ния. В некоторых случаях выполнение программы необходимо пре-
рвать, например в случае ошибки вычисления. Такие случаи называ-
ются прерываниями.
Выделяют два типа прерываний:
1) внутрипроцессорные прерывания, возникающие из-за непре-
одолимого препятствия в выполнении программы, например запись
данных  в  запрещенную  для  записи  область  ОЗУ  или  переполнение
результата при вычислениях;
2)  прерывания  от  внешних  устройств  не  являются  фатальными
или ошибочными; прерывания второго типа возникают, когда требу-
ется  обмен  данными  с  внешним  устройством,  например  приводом
компакт-дисков, а он не готов.
Основными параметрами МП являются тактовая частота, разряд-
ность и рабочее напряжение.
Тактовая  частота  определяет  количество  элементарных  операций
(тактов), выполняемых МП за единицу времени. Тактовая частота со-
временных МП измеряется в гигагерцах (1 Гц соответствует выполнению
одной операции за одну секунду, 1 ГГц
= 10
9
Гц). Чем больше тактовая
частота, тем больше команд может выполнить МП и тем больше его
производительность. Первые МП, использовавшиеся в персональных
компьютерах,  работали  на  частоте  4,77  МГц  (1  МГц
= 10
6
 Гц).  В  на-
стоящее время рабочие частоты современных МП превосходят 2 ГГц
(2011 г.).

88
Разрядность  процессора  показывает,  сколько  бит  данных  МП
может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разряд-
ность процессора определяется разрядностью внутренней шины, т. е.
количеством проводников в шине, по которым передаются команды.
Современные МП семейства Intel имеют 64 разряда.
Рабочее  напряжение  процессора  обеспечивается  материнской
платой, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные
материнские платы. Рабочее напряжение процессоров не превышает
3 В. Снижение рабочего напряжения позволяет уменьшить размеры
МП,  а  также  уменьшить  тепловыделение  в  МП,  что  повышает  его
производительность без угрозы перегрева.
МП все время с момента включения до момента выключения вы-
полняет  команды.  Если  поток  команд  заканчивается,  например  в
случае простоя ЭВМ, то МП выполняет пустую команду NOP.

жүктеу/скачать 4,7 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: