20.Принципы взаимодействия центрального процессора с памятью.

Процессор можно представить в виде следующих внутренних узлов:

– устройство управления, предназначено для дешифрования и исполнения команд;

– рабочие регистры, необходимы для адресации памяти и выполнения вычислительных операций;

– арифметико – логическое устройство, выполняет логические и арифметические операции;– управление вводом – выводом, ввод-вывод данных в процессор или из процессора;

Процессор работает с командами. В команде предписывается какое действие должен выполнить процессор и с какими данными. А любая программа, которая выполняется процессором состоит из множества различных команд, выполняя которые процессор выполняет программу.

Команда для процессоров в общем случае имеет следующий формат: Здесь одна группа бит образует поле код операции. Код операции показывает, что процессор должен делать. А поля, отведенные под операнды, предоставляют необходимые данные для осуществления операции процессором.

Процессор работает с оперативной памятью, так как в ней хранятся данные, необходимые процессору для работы и в оперативную память процессор помещает результаты своих вычислений перед окончательным сохранением в долговременной памяти. Взаимодействие процессора с памятью происходит посредством шин адреса, данных и управления. На шину адреса помещается адрес ячейки памяти с данными, необходимыми процессору. На шину данных помещаются данные из процессора, которые необходимо записать в память или данные из памяти, которые необходимы процессору для вычислений. На шину управления поступают сигналы из процессора, которые указывают памяти или другим устройствам какое устройство процессор выбрал и какую операцию будет производить: чтение или запись памяти или других устройств.

Когда процессор считывает данные из оперативной памяти, ему приходится какое-то время «ждать», поскольку тактовая частота оперативной памяти значительно ниже, чем процессора. Если процессор со встроенной в кристалл кэш-памятью работает на частоте 2 ГГц, то продолжительность цикла процессора и интегральной кэш-памяти в этом случае достигнет 0,5 нс, в то время как продолжительность цикла оперативной памяти будет в шесть раз больше, т. е. примерно 3 или 6 нс для памяти с удвоенной скоростью передачи данных. Поэтому процессор сразу ищет данные в кэш-памяти.

Работа процессора происходит по такому алгоритму. Программный счётчик выдаёт адрес команды на шину адреса. Память помещает команду, находящуюся по этому адресу на шину данных. Процессор вводит команду в свой регистр команды. Там команда дешифруется, определяется код операции, определяется длина команды в байтах. Программный счётчик адресует следующую команду, находящуюся по адресу на длину команды от предыдущей. Сама команда после её обработки регистром команды, выполняется остальными устройствами процессора, назначение которых указано выше. Когда выполнение команды завершается содержимое программного счётчика помещается на шину адреса и цикл повторяется.