10. Характеристики процессора

Говоря о внутренней архитектуре процессора, не следует забывать и о его характеристиках, главная из которых – производительность, то есть число итераций, выполняемых за одну секунду. Производительность, в свою очередь, характеризуется радом параметров:

• степенью интеграции;

• внутренней и внешней разрядностью обработки данных;

• тактовой частотой;

• памятью, к которой может адресоваться процессор;

• объемом и устройством кэш-памяти.

Степень интеграции процессора – число транзисторов, которые могут уместиться на микросхеме.

Например,	для	8086	-	0,029	млн.
	для	i486DX	-	1,2	млн.
	для	Pentium MMX	-	4,5	млн.
	для	Pentium III MMX2	-	9,5	млн.

Внутренняя разрядность данных – количество бит, которое процессор может обрабатывать одновременно. Особенно важна эта характеристика для арифметических команд, выполняемых внутри ЦП.

Внешняя разрядность данных – разрядность системной шины. Тактовая частота современных процессоров превышает 300 МГц, тактовая частота системной шины составляет лишь 66 МГц. В самых последних моделях материнских плат – порядка 100 и 133 МГц, поэтому разрядность системной шины важна для эффективной работы ЦП.

Тактовая частота – количество циклов (или машинных тактов) в секунду, вырабатываемых генератором тактовых сигналов. Современные персональные компьютеры имеют несколько тактовых генераторов, работающих синхронно на различных частотах. Говоря о тактовой частоте системы, имеют в виду тактовую частоту системной шины.

Табл. 5.1.

Характеристики различных процессоров

Тип процессора	Тактовая частота, МГц	Внешняя разрядность данных, бит	Внутренняя разрядность данных, бит
8086	5, 8, 10	16	16
80486 DX	25, 33, 50	32	32
80486 DX4	75, 100	32	32
Pentium MMX	166, 200, 233, 266	64	32
Pentium II/III	400 - 500, 533 и более	64	32

Ширина ША, или количество ячеек памяти, к которым может адресоваться процессор.

Ширина ШД, или количество бит данных, которые могут быть одновременно переданы по ШД.

11.

12.Понятие машинной команды. Роль операционной части команды.

13.Понятие машинной команды. Роль адресной части команды.

12-13

Машинный цикл:

Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения

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

Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её

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 бесконечно, 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.

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.

Машинная команда представляет собой код, определяющий операцию вычислительной машины и данные, участвующие в операции. В общем случае команда должна содержать также в явной или неявной форме информацию об адресе, по которому помещается результат операции, и об адресе следующей команды.

Машинная операция – это действия машины по преобразованию информации, выполняемые под воздействием одной команды.

В общем виде машинная команда имеет структуру, изображенную на рис. 5.1.

Рисунок 21.1 - Общая структура

Операционная часть – содержит код, который задает вид операции (сложение, умножение, передача и т.д.).

Адресная часть – содержит информацию об адресах операндов и результата операции, а в некоторых случаях и следующей команды.

Все машинные команды можно разделить на группы по видам выполняемых операций:

операции пересылки информации внутри компьютера;

арифметические операции над информацией;

логические операции над информацией;

операции над строками (текстовой информацией);

операции обращения к внешним устройствам компьютера;

операции передачи управления;

обслуживающие и вспомогательные операции.

Адресный код (АК) – это информация об адресе операнда, содержащаяся в команде.

Исполнительный адрес (АИ) – это номер ячейки ОП, к которой производится фактическое обращение.

Подразумеваемый операнд. В команде не содержится явных указаний о самом операнде или его адресе. Операнд подразумевается и фактически задается кодом операции команды. Этот метод используется редко, но иногда бывает очень удобен, например, в командах подсчета, когда к содержимому счетчика необходимо добавить фиксированное приращение. Это касается и других операций, связанных с добавлением (вычитанием) константы.

Подразумеваемый адрес. В команде не содержится явных указаний об адресе участвующего в операции операнда или адресе результата операции. Так, например, при выполнении данной операции результат всегда засылается по адресу второго операнда или в другой, заранее определенный, регистр. В простейших микропроцессорах результат всегда помещается в аккумулятор.

Непосредственная адресация. В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд.

Относительная адресация, или базирование. Исполнительный адрес (АИ) определяется как сумма адресного кода команды (АК) и некоторого числа АБ, называемого базовым адресом. АИ = АБ + АК.

Регистровая адресация. Это частный случай так называемой укороченной адресации, суть которой сводится к тому, что используется только небольшая группа фиксированных ячеек памяти с начальными (короткими) адресами (0000001, 0000010, 0000011 и т.д.). Такая адресация используется только совместно с другими типами адресации.

Косвенная адресация. Адресный код (АК) команды указывает адрес ячейки ОП, в которой находится исполнительный адрес (АИ) операнда или команды.

Автоинкрементная адресация – сначала (при каждом обращении) содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива, т.е. формируется адрес следующего элемента.

Автодекрементная адресация – сначала содержимое соответствующего регистра уменьшается на число, равное числу байт в элементе массива, а затем используется как адрес операнда.

Стековая адресация. При рассмотрении устройств памяти отмечалось, что основной принцип работы стекового ЗУ соответствует правилу: "последний пришел – первый ушел" (имеется в виду стек LIFO). Это правило реализуется автоматически. Поэтому при операциях со стеком возможно безадресное задание операнда – команда не содержит адреса ячейки стека, а содержит только адрес (или он подразумевается) регистра или ячейки ОП, откуда слово загружается в стек или куда выгружается из стека.

14.