4.4. Принцип действия процессора
Принцип действия процессора можно понять на примере выполнения одной команды (рис.4.1).
Исполнение
команды
Нет
Да
Рис. 4.1 Основной алгоритм работы процессора.
Рабочий цикл выполнения команды в основном одинаков для всех вычислительных машин различных поколений и отличается лишь некоторыми деталями реализации. Важной составной частью архитектуры компьютера по фон Нэйману является счетчик адреса команд. Он постоянно указывает на ячейку памяти, в которой хранится следующая команда. После считывания очередной команды из памяти процессор сразу же увеличивает значение счетчика так, чтобы он показывал адрес ячейки памяти со следующей командой. Затем считанная команда расшифровывается и выполняется в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 4.1. В данном алгоритме не задано первоначальное значение счетчика адреса команд. Но в этом случае аппаратным путем заносится стартовый адрес, находящейся в ПЗУ программы инициализации всех устройств и начальной загрузки ЭВМ.
4.5. Тактовая частота
Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. В зависимости от сложности команда может быть реализована за различное число тактов. Например, пересылка информации из одного внутреннего регистра процессора в другой выполняется за несколько тактов, а для перемножения двух чисел количество тактов требуется на порядок больше. Существенное удлинение команды происходит, если обрабатываемые данные не находятся внутри процессора, и их приходится считывать из памяти.
Для организации последовательного выполнения требуемых тактов в компьютере имеется специальный генератор тактовых импульсов. Каждый импульс инициализирует очередной такт машинной команды. Чем чаще следуют импульсы, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота определяется количеством тактов за секунду. Очевидно, что для повышения быстродействия компьютера, следует повышать тактовую частоту. Однако этому имеется ограничение – быстродействие процессора. Можно повышать тактовую частоту до такой степени, что процессор не будет успевать за один такт (интервал между соседними импульсами) выполнять элементарную операцию. В современных процессорах тактовая частота не превышает 1ГГц.