4.5.Устройство и функциональные элементы микропроцессора.

Рассмотрим устройство микропроцессора имеющего так называемую классическую архитектуру. Для того, что бы понять, как работает микропроцессор, вернёмся к схеме устройства компьютера . Мы помним, что программы в процессе работы компьютера загружены в оперативную память RAM. Оперативная память, занятая под программу поделена на отдельные блоки - сегменты. Для правильной работы микропроцессора, он должен "знать" где в программе расположены данные, а где команды для обработки данных. Поэтому память и поделена на сегменты данных и сегменты кода команд. Есть ещё отдельные сегменты стека, они служат для временного хранения данных и промежуточных результатов вычислений. Вы, наверное, обратили внимание, что микропроцессор соединён с контроллером одной шиной. Всё дело в том, что эта шина универсальная. В разные промежутки времени по ней передаются или данные, или команды, или адреса данных и команд. По технологическим причинам микропроцессор не может одновременно выполнять все перечисленные операции, а делает это последовательно.  Рассмотрим (в сильно упрощённом виде) внутреннее устройство микропроцессра.

Микропроцессор состоит из следующих основных блоков: Регистры данных - AX, BX, CX, DX. Регистры данных, это ячейки оперативной памяти в которых временно хранятся данные для обработки. В первых микропроцессорах объём данных хранимых в регистрах был равен 16 Бит - 2¹⁶ - 65536. Современные процессоры имеют размер регистров по 32 и даже 64 Бит. Сегментные регистры - CS (Code Segment - сегмент кода), SS (Stack Segment - сегмент стека), DS (Data Segment - сегмент данных). Для того чтобы указать на сегменты в оперативной памяти, к которым программа имеет доступ в конкретный момент времени, и предназначены сегментные регистры. АЛУ (Арифметическое логическое устройство) - выполняет арифметические или логические операции с данными, хранящимися в регистрах данных.Логическая схема управления "руководит" процессами, происходящими в микропроцессоре.Работу микропроцессора лучше всего рассмотреть на конкретном примере. Предположим, что в данный момент времени процессор должен сложить два числа записанных в сегменте данных программы.Запишем алгоритм выполняемых действий:1) Получить адрес первого числа;2) Записать число из RAM в регистр процессора AX;3) Получить адрес второго числа;4) Записать число из RAM в регистр процессора BX;5) Получить адрес команды сложения;6) Вычислить сумму в АЛУ;7) Полученную сумму поместить в регистр DX (регистр СХ, обычно используется для организации циклических вычислений);Итак, мы видим, что на вычисление простой суммы ушло несколько действий микропроцессора. Микропроцессор работает со скоростью определяемой тактовой частотой генератора импульсов. В современных компьютерах эта частота достигает 600 - 2000 (600 МГц - 2 ГГц) миллионов колебаний (импульсов) в секунду. Частота, обычно указывается в маркировке микропроцессора. Но реальная производительность микропроцессора определяется тактовой частотой деленной на число операций затрачиваемых на элементарное вычисление (сложение или вычитание). Производительность компьютера определяется в MIPS (Миллионов операций в секунду) и всегда намного меньше тактовой частоты процессора

5. Теория электропривода