Алгоритм действий процессора.

Основная работа процессора – выполнение команд. Процессор должен самостоятельно считать следующую команду, проанализировать ее, найти данные, которые нужны для ее выполнения, выполнить эту команду, записать на место полученный результат, после чего определить, какую команду надо исполнять далее. Описанная последовательность называется алгоритмом работы процессора. Все процессоры с момента включения компьютера выполняют указанный алгоритм (смотри Рисунок 57).

Рисунок 57. Алгоритм действий процессора.

Последовательность исполняемых команд называется программой.

Команды, которые процессор берет на исполнение и данные, которые нужны процессору для выполнения команд, размещаются в памяти вычислительной системы (смотри Рисунок 57). На рисунке обращения к памяти показаны стрелками.

Термин «память вычислительной системы» требует уточнения: согласно принципам фон Неймана (сформулированным в 1945 году), у подавляющего большинства существующих вычислительных систем все выполняемые программы и данные для их выполнения должны быть расположены в одной и той же памяти. Из собственного опыта и школьного курса известно, что программы и данные располагаются на так называемой внешней памяти – на жестком диске (иногда называемом винчестером) или на флеш–памяти (иногда называемой флешкой) (смотри Рисунок 58).

Рисунок 58. Внешние носители информации. Жёсткий диск. Флеш-память.

Но доступ к внешней памяти оказывается слишком долгим для процессора (обратите внимание на Рисунок 57 и оцените, как часто процессору при выполнении одной команды, надо обращаться к памяти). Чтобы процессор не простаивал, пока нужные ему данные будут доставлены с внешнего носителя, введена оперативная память. Все данные, необходимые для работы процессора, копируются из внешней памяти в оперативную память. Доступ к оперативной памяти производится намного быстрее, чем к внешней (смотри Рисунок 59).

Рисунок 59. Схема взаимодействия процессора и памяти вычислительной системы.

Чтобы картина была совсем полной, надо сказать, что в современных устройствах быстродействия оперативной памяти оказывается недостаточно. Чтобы еще более сократить время ожидания требуемых процессору данных, введена еще более скоростная память – кеш-память. За счет иной, более дорогостоящей технологии изготовления, доступ к кешу производится значительно быстрее, чем к оперативной памяти. В кеш-память копируются те данные из оперативной, которые нужны процессору именно в настоящее время, что, несомненно, приводит к усложнению общей схемы взаимодействия. Кеш-память может быть расположена как непосредственно на процессоре, так и вне процессора. Виды памяти подробно описаны в последующих разделах.

Процессор считывает команды из оперативной памяти. Команда, которую получает процессор, содержит в себе инструкцию (что делать) и набор операндов, с которыми требуется произвести указанные действия.

Операнд n

Операнд 1

Код команды

Несмотря на то, что скорость оперативной памяти существенно превосходит скорость внешней памяти, скорость ОП отстает от скорости процессора. Как видно из приведенного алгоритма, процессор для выполнения всего одной команды может обращаться к ОП несколько раз. Что в конечном счете сказывается на общем быстродействии вычислительной системы. Для сокращения времени ожидания процессором результатов обращения к памяти применяются

• Сокращение команды

• Использование регистров, расположенных напрямую на процессоре для временного хранения обрабатываемых данных.