7.6. Классификация простейших процессоров по отношению к используемым регистрам.
Процессоры с аккумуляторами
Процессоры с регистрами общего назначения (РОН)
Процессоры со стековой организацией
процессоры с аккумуляторами – имеется регистр команд, счётчик команд, регистр состояний, регистр адреса, аккумулятор, буферный регистр (для хранения и пересылки данных)
все арифметические и логические операции выполняются с использованием аккумуляторов
результат всегда помещается в аккумулятор, из него не извлекается и второй операнд
для повышения производительности в такие процессоры вводят дополнительные регистры
однако пока эти регистры остаются специализированными это процессоры с аккумуляторами
регистры общего назначения – универсальные регистры
результат может быть записан в любой из РОН, в РОНах могут находиться и сами операнды
использование РОНов позволяет значительно уменьшить число обращений к ОЗУ
стековая организация - с такой организацией нет ни аккумулятрных ни РОНов
помимо регистра команд имеется программно доступный счётчик команд, регистр состояния, верхние регистры стека и указатели стека
вся память разделена на стек и память для хранения команды данных
подобная классификация условна, с одной стороны любой процессор с РОН может моделировать процессор с аккумуляторной и со стековой организацией
Рассмотрим структуру процессора подобного процессору mini-computer PDP-11 DEC
РА – регистр адреса
РК – регистр команд
Имеются 2 буферных регистра для временного хранения операндов
управляющие сигналы управляют работой процессора
это упрощённая схема – на ней не показаны шинные формирователи, через которые адреса данного управляющего сигнала выходят на системный интерфейс и блок прерывания
ADD R0, R1
ADD # 1000, R0 – непосредственная адресация
следующая управляющая команда находится в счётчике, который пересылается через внутреннюю шину данных в РА, а также и в R1
на шине управления – сигнал чтения
на адресном интерфейсе – адрес команды
по шине данных → на внутреннюю шину и оседает в регистре команд; в это время содержимое БР1 → АЛУ к нему автоматически суммируется 2 и результат из АЛУ по внутренней шине процессора пересылается в СК (счётчик) (R7); УУ дешифрует команду и выясняет, что речь идёт об операции сложения R0 и R1 – содержимое регистра R1 и R0 → в R2; содержимое БР1 и БР2 → АЛУ – выполняется сложение и результат пересылается в регистр R1
каждая команда порождает выполнение последовательности микрокоманд; для выполнения одной микрокоманды используются те или иные устройства процессора, но, как правило, не все; то есть часть устройств периодически простаивает, поэтому для устранения этого недостатка и следовательно для повышения производительности процессора, во многих современных процессорах команды выполняются в конвейерном режиме - в этом режиме процессор выполняет не одну, а сразу несколько команд; они находятся в разной стадии выполнения, поскольку используют одни и те же устройства процессора
в Pentium используются 2 конвейера
в Pentium Pro 3 конвейера
наличие даже одного 5-ти ступенчатого конвейера обеспечивает 486 процессору выигрыш со многими однотактными cisc – процессорами