2.3.1. Функції сучасного процесора

Центральний процесор (ЦП), чи центральний процесорний пристрій (ЦПП) (Central Processing Unit – CPU) – частина апаратного забезпечення комп’ютера чи програмованого логічного контролера, що відповідає за виконання основної частки робіт з оброблення інформації й організації обчислювального процесу.

Сучасні ЦП виконуються у вигляді окремої багатофункційної мікросхеми тому завдяки мініатюрним розмірам їх ще називають мікропроцесорами. Сучасне поняття мікропроцесора відносять також до категорії великих (ВІС) і надвеликих (НВІС) інтегральних схем, які отримали свою назву не завдяки фізичним розмірам, а завдяки кількості функціональних елементів, що розташовані всередині.

Щодо процесорів, то термін архітектура процесора містить інформацію про таке:

•набір машинних команд (набір інструкцій), тобто операцій, які може виконувати ЦП;

•архітектуру регістрів процесора – внутрішні комірки пам'яті процесора, а саме: їх функціональне призначення, розрядність, кількість, особливості програмування таких регістрів, тощо;

•розрядність і формати даних операндів – об'єктів, над якими виконуються операції (наприклад цілі чи дійсні числа);

•адресацію пам'яті – методи доступу до операндів у пам'яті ЕОМ. Двома основними напрямами в архітектурі набору команд, що

використовуються комп’ютерною промисловістю на сучасному етапі розвитку обчислювальної техніки є архітектури CISC та RISC.

2.3.2. CISC-процесори

З появою транзисторних варіантів мікропроцесорів виникла ідея розширення набору команд. Це робилось з метою пришвидшення створення програм на мові машинного рівня. Окрім цього це було зумовлено ще й тим, що в цьому випадку відбувалася значна економія пам’яті комп’ютера. Згодом такі процесори з якомога повнішим набором команд об’єднали спільною назвою – CISC (Complete Instruction Set Computer –

комп'ютери з повним набором команд).

Для CISC-процесорів характерно наступне:

•порівняно невелика кількість регістрів загального призначення;

•велика кількість машинних команд, деякі з яких несуть семантичне навантаження аналогічно до операторів високорівневої мови програмування;

•команди виконуються за декілька тактів частоти процесора;

•багато різних методів адресування комірок пам’яті;

78

•багато подібних типів, значення яких різниться залежно від розрядності процесора;

•наявність виконання операцій між регістрами і пам’яттю. Основоположником CISC-архітектури можна вважати компанію IBM

зїї базовою архітектурою 360, ядро якої використовується з 1964 року і дійшло до наших днів. Однак найбільшим і найвідомішим виробником мікропроцесорів з повним набором команд лінії CISC вважається компанія Intel яка створила серію мікропроцесорів x86 та Pentium. Ця архітектура є практично одним з чинних стандартів для ринку мікрокомп’ютерів.

2.3.2.1. Процесори фірми Intel

Першим загальнодоступним мікропроцесором був 4-розрядний Intel 4004, але дуже швидко його змінив 8-розрядний Intel 8080 і далі – 16-розрядний 8086, в яких були закладені основи архітектури усіх сучасних процесорів. Однак через поширеність 8-розрядних модулів пам’яті було зроблено крок назад та випущено 8088, клон 8086 з 8-роз- рядною шиною пам’яті. Лише після цього була створена його 32-розрядна модифікація 80186, з якого й почалась історія архітектури x86.

Таблиця 2.1.

Основні властивості процесорів фірми Intel

79

викликає автоматичне виконання процедури переривання, досить схожої зі звичайним викликом підпрограми).

Через таку регістрову архітектуру тут вкрай невдало реалізовано роботу з перериваннями (у випадку надходження сигналу переривання припиняється виконання поточного завдання й процесор приступає до процедури оброблення переривання, після завершення оброблення відновляється виконання призупиненого завдання). В архітектурі Intel під час виконання переривання необхідно спочатку зберегти дані регістрів в стеку, завантажити програму, щоб виконати переривання й після цього знову відновити значення регістрів зі стеку. Усе це зумовлює значне сповільнення роботи мікропроцесора, яке напряму залежить від кількості регістрів процесора.

З того часу регістрова архітектура не зазнала значних змін. Так для прикладу мікропроцесор Intel 80386, з якого веде свій початок архітектура х86 також має сім регістрів загального призначення але довжиною в 32

біти: EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, лічильник команд (PC) та регістр ESP, який хоч й відносять до регістрів загального призначення, однак, оскільки він містить покажчик на вершину стека, його з іншою метою не використовують (див. рис. 2.9).

Рис. 2.9. Регістрова архітектура Intel 80386

Окрім знайомих вже регістрів тут ще додалось шість регістрів сегментів, регістр системних прапорців, регістри системних адрес, чотири регістри керування та шість регістрів відлагодження (на рис. 2.9 вони не відображені).

Для сумісності з попередніми процесорами можливий незалежний доступ до молодших 16 біт цих регістрів за допомогою відповідних імен 16-бітових регістрів: AX, BX, CX, DX, DI, SI, BP і SP (що відповідає

81