Машинный такт, цикл. Блок- схема машинного цикла.
Тактовый сигнал или синхросигнал — сигнал, использующийся для согласования операций одной или более цифровых схем.
Синхросигнал обычно имеет форму меандра и колеблется между высоким и низким логическими уровнями.
Активным уровнем тактового сигнала принято называть момент переключения из одного состояния в другое. Активным уровнем является высокий уровень, если схема переключается в момент, задаваемый фронтом синхросигнала, то есть когда синхросигнал переключается из нижнего уровня в верхний. Если переключение происходит по срезу синхросигнала, то активный уровень — низкий.
Такт процессора или такт ядра процессора — промежуток между двумя импульсами тактового генератора, который синхронизирует выполнение всех операций процессора.
Выполнение различных элементарных операций может занимать от долей такта до многих тактов в зависимости от команды и процессора. Общая тенденция заключается в уменьшении количества тактов, затрачиваемых на выполнение элементарных операций.
Машинный цикл — составляющая часть машинной команды. Машинный цикл состоит из машинных тактов.
При реализации одного машинного цикла процессор может:
принять из памяти байт команды;
принять из памяти байт данных;
принять из устройства ввода-вывода (УВВ) байт данных;
принять из стека байт данных;
принять вектор прерывания;
выдать в память байт данных;
выдать в стек байт данных;
выдать на УВВ байт данных.
Схема машинного цикла:
(Общая структура для процессора)
Проблема выбора структуры и формата команд.
Это проблема выбора использования фон Неймановской и Гарвардской архитектур. Смотрим CISC (фон Неймановская) и RISC (Гарвардская) архитектуры.
CISC (англ. Complex instruction set computing, или англ. complex instruction set computer — компьютер с комплексным набором команд) — концепция проектированияпроцессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:1)нефиксированное значение длины команды;2)арифметические действия кодируются в одной команде;3)небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Типичными представителями являются процессоры на основе команд x86 (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными) и процессоры Motorola MC680x0.
Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально, все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel Pentium Pro, являются CISC-процессорами с RISC-ядром.[источник не указан 297 дней] Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров x86 в более простой набор внутренних инструкций RISC.
В микропроцессор встраивается аппаратный транслятор, превращающий команды x86 в команды внутреннего RISC-процессора. При этом одна команда x86 может порождать несколько RISC-команд (в случае процессоров типа P6 — до четырёх RISC-команд в большинстве случаев). Исполнение команд происходит насуперскалярном конвейере одновременно по несколько штук.
Это потребовалось для увеличения скорости обработки CISC-команд, так как известно, что любой CISC-процессор уступает RISC-процессорам по количеству выполняемых операций в секунду. В итоге, такой подход и позволил поднять производительность CPU.