Тема 3. Характеристики процессора

Говоря о внутренней архитектуре процессора, не следует забывать и о его характеристиках, главная из которых – производительность, то есть число итераций, выполняемых за одну секунду. Производительность, в свою очередь, характеризуется радом параметров:

1. степенью интеграции;

2. внутренней и внешней разрядностью обработки данных;

3. тактовой частотой;

4. памятью, к которой может адресоваться процессор;

5. объемом и устройством кэш-памяти.

Степень интеграции процессора – число транзисторов, которые могут уместиться на микросхеме.

Например,	для	8086	-	0,029	млн.
	для	i486DX	-	1,2	млн.
	для	Pentium MMX	-	4,5	млн.
	для	Pentium III MMX2	-	9,5	млн.

Внутренняя разрядность данных – количество бит, которое процессор может обрабатывать одновременно. Особенно важна эта характеристика для арифметических команд, выполняемых внутри ЦП.

Внешняя разрядность данных – разрядность системной шины. Тактовая частота современных процессоров превышает 300 МГц, тактовая частота системной шины составляет лишь 66 МГц. В самых последних моделях материнских плат – порядка 100 и 133 МГц, поэтому разрядность системной шины важна для эффективной работы ЦП.

Тактовая частота – количество циклов (или машинных тактов) в секунду, вырабатываемых генератором тактовых сигналов. Современные персональные компьютеры имеют несколько тактовых генераторов, работающих синхронно на различных частотах. Говоря о тактовой частоте системы, имеют в виду тактовую частоту системной шины.

Характеристики различных процессоров Табл. 5.1.

Тип процессора	Тактовая частота, МГц	Внешняя разрядность данных, бит	Внутренняя разрядность данных, бит
8086	5, 8, 10	16	16
80486 DX	25, 33, 50	32	32
80486 DX4	75, 100	32	32
Pentium MMX	166, 200, 233, 266	64	32
Pentium II/III	400 - 500, 533 и более	64	32

Ширина ША, или количество ячеек памяти, к которым может адресоваться процессор.

Ширина ШД, или количество бит данных, которые могут быть одновременно переданы по ШД.

Тема 4. Назначение и Классификация цуу

Центральное устройство управления — это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. ЦУУ вырабатывает управляющие сигналы (УС), необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В связи с этим можно считать ЦУУ преобразователем первичной командной информации, представленной программой решения задачи, во вторичную командную информацию, представляемую управляющими сигналами.

В общем случае ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

1. выборки из памяти кода очередной команды;

2. расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

3. выборки операндов и выполнения машинной операции;

4. обеспечения прерываний при выполнении команд;

5. формирования адреса следующей команды;

6. учета состояний других устройств машины;

7. инициализации работы контроллеров (каналов) ввода-вывода;

8. организации контроля работоспособности ЭВМ.

К основным характеристикам ЦУУ следует отнести:

1. принцип формирования и развертывания временной последовательности управляющих сигналов;

2. способ построения цикла работы ЦУУ и ЭВМ в целом;

3. общая организация управления ЭВМ;

4. способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ.

По принципу формирования и развертывания временной последовательности УС различают ЦУУ:

1. аппаратного (схемного) типа, выполненным в виде управляющего автомата с жесткой логикой, в котором функции переходов и выходов реализуются набором логических элементов, а требуемое количество состояний автомата задается множеством запоминающих элементов;

2. микропрограммного типа, в которых блок управления реализован как блок микропрограммного управления.

По способу построения рабочего цикла различают ЦУУ:

1. с прямым циклом,

На первом этапе производится выборка из памяти команды, а затем следуют этапы выполнения машинной операции.

2. с обращенным циклом,

В первую очередь выдаются управляющие сигналы для выполнения машинной операции по коду команды, поступившей в ЦУУ на предыдущем цикле (предвыборка команд), а затем из памяти выбирается код команды, которая будет исполняться в следующем цикле.

3. с совмещением во времени циклов выполнения нескольких команд (конвейером команд).

По способу синхронизации работы ЭВМ в зависимости от числа тактов в цикле выполнения команды различают ЦУУ:

1. с постоянным числом тактов;

2. с переменным числом тактов.

В микропрограмме рабочего цикла выделяют общую и специальную части. К общей части относятся микрокоманды, исполняемые в цикле любой команды: выборка команды, анализ запросов на прерывание, формирование адреса следующей команды, анализ состояния процессора. Эти микрокоманды выполняются за постоянное число тактов.

К специальной части относятся микрокоманды, по которым вырабатываются управляющие сигналы в зависимости от содержания операционной части исполняемой команды. В этом случае количество тактов будет переменным для различных команд. В современных ЭВМ с различной структурой используемых команд, число тактов зависит от формата выбираемой команды, структуры ее адресной части и длины операндов.

По общей организации управление может быть:

1. централизованным

Блок управления ЦУУ вырабатывает все УС микроопераций для всех команд, выполняемых процессором;

2. смешанным

Применяются в процессорах, операционные и другие устройства которых имеют собственные узлы местного управления. Тогда блок управления ЦУУ, помимо сигналов микроопераций, вырабатывает так же сигналы для блоков местного управления;

По принципу организации циклов различают ЦУУ:

1. синхронного типа, в которых время цикла может быть постоянным или переменным;

2. асинхронного типа, в которых продолжительность цикла определяется фактическими затратами времени на выполнение каждой операции. В этом случае необходимо вырабатывать сигналы об окончании операции;

3. смешанного типа, где частично реализуются оба предыдущих принципа организации циклов.

ЛЕКЦИЯ 13.