Арифметико-логическое устройство (алу)

АЛУ предназначено для арифметической и логической обработки данных, выполнения операций сдвига и формирования признаков результатов операций. Эти встроенные операции чрезвычайно элементарны. Более сложные математические действия должны выполняться с помощью программ, пользующихся встроенными операциями.

Обычно главный регистр в АЛУ называется аккумулятором. В нем, как правило, находится один из операндов перед выполнением операции, и в него же помещается ее результат. Некоторые типы МП могут иметь несколько аккумуляторов (например, два - как микропроцессор МС6800 фирмы Motorola). АЛУ часто содержит еще несколько регистров, называемых рабочими; они позволяют упростить составление программы.

Кроме того, в состав АЛУ входят так называемые флажки, которые представляют собой отдельные триггеры. Флажки отображают информацию, характеризующую текущее состояние МП, и важные особенности, или признаки, результата выполнения команды. Эти признаки могут быть использованы для выбора дальнейшего пути вычислений. Например, может существовать флажок, указывающий на нулевой результат операции. Программист может воспользоваться проверкой этого флажка для принятия решения: если некоторая операция дала нулевой результат, то будет выполнена одна последовательность команд, в противном случае - другая. Количество и смысл флажков у конкретных МП могут различаться. Флажки, характеризующие результат операций или каких-либо проверок, часто размещаются вместе с другой важной информацией о состоянии МП в специальном регистре, называемом словом состояния программы (PSW - Program Status Word).

Устройство управления (уу)

УУ управляет работой МПС. Оно автоматически, последовательно, по одной, получает команды из памяти, декодирует каждую из них и генерирует необходимые для её выполнения сигналы.

Чтобы получить команду из памяти, УУ должно знать ее адрес. Обычно команды выбираются из последовательных ячеек памяти, а их адреса указываются программным счётчиком (счётчиком команд), находящимся в УУ. Далее, чтобы иметь возможность декодировать и выполнять текущую команду, её надо где-то запомнить. Для этой цели в УУ имеется регистр команд (РК).

Чтобы УУ могло правильно понять команду, команда должна иметь определенную структуру, называемую форматом команды. У МП разных типов форматы команд различны. Однако, есть информация, которая должна присутствовать в команде в любом случае. Это, прежде всего, - код операции и, в некоторых командах, адрес. Код операции - это совокупность двоичных цифр, которые однозначно определяют операцию, которая должна быть выполнена. Адресная часть команды (если она присутствует) указывает на ячейки (например, памяти), к которым нужно обратиться, выполняя команду.

Еще одной функцией УУ является синхронизация работы отдельных блоков МПС. Она осуществляется с помощью тактового генератора. Обработка команды занимает несколько тактов, или периодов, тактового генератора. Вообще говоря, команду нужно выбрать из памяти, декодировать и затем выполнить. Каждый из этих интервалов, связанный с обращением МП к памяти или внешнему устройству (ВУ) и включающий в себя один или несколько периодов тактового генератора, представляет собой машинный цикл. Совокупное время, требуемое для выборки, декодирования и выполнения команды, образует командный цикл или цикл выполнения команды.

Таким образом, время выполнения любой команды всегда составляет целое число периодов тактового генератора. Тактовые импульсы образуют синхронный временной растр, в соответствии с которым протекают не только все внутренние этапы передачи и обработки данных, но и процессы ввода-вывода информации.

Частота тактовых импульсов определяет одновременно быстродействие МПС и выбирается как можно большей. Однако, она ограничена временем задержки и распространения сигналов. Поэтому главной целью дальнейшего развития технологии изготовления ИС является повышение допустимой частоты тактовых импульсов. В настоящее время МПК чаще всего работают с частотой до 10 МГц.