3.1. Центральный процессор
Центральный процессор – функциональный блок компьютера, предназначенный для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения. Центральный процессор состоит из двух функциональных узлов:
устройства управления (УУ),
арифметическо – логического устройства (АЛУ).
3.1.1. Устройство управления
Для автоматического выполнения вычислений, предусмотренных программой, предварительно размещенной в оперативной памяти вместе с исходными данными, устройство управления должно:
извлекать из памяти очередную команду;
расшифровывать ее и преобразовывать в последовательность элементарных действий;
заносить в АЛУ исходные данные;
сохранять, полученный от АЛУ результат;
обеспечивать синхронную работу всех узлов компьютера.
Устройство управления состоит из регистров. Регистр – это электронная схема, предназначенная для хранения данных и выполнения над ними некоторых действий. В этих регистрах хранится информация о ходе выполнения текущей команды. Наиболее важным является регистр, выполняющий функции счетчика адреса очередной команды, и регистр команд, в котором хранится код выполняемой операции.
3.1.2. Арифметическо – логическое устройство
Арифметическо – логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических (сложение, вычитание, деление, умножение) и логических (сравнение и др.) операций. АЛУ также как и УУ состоит из регистров, используемых для хранения данных и выполнения над ними действий. Если быть точным, то АЛУ из всех арифметических операций выполняет только операции сложения. Другие же операции заменяются операциями сложения. Например, умножение – это многократное сложение одного и того же числа. Из этого следует, что операция 2*8 может быть выполнена путем 8+8 или 2+2+2+2+2+2+2+2. Операция вычитания заменяется операцией сложения положительного и отрицательного числа. Операция деления заменяется многократным вычитанием одного и того же числа.
3.1.3. Разрядность процессора
Разрядность процессора – это число одновременно обрабатываемых битов информации. Проще говоря, это количество двоичных разрядов (триггеров) в регистрах процессора. Разрядность современных процессоров составляет 32. Разрядность влияет на длину обрабатываемых данных. Чем выше разрядность, тем лучше. Но длина обрабатываемых данных зависит не только от разрядности регистров процессора, но и от разрядности шины данных и шины адреса. Разрядность процессора влияет на максимальный объем памяти, которую способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства. Она вычисляется по формуле: 2R , где R – количество разрядов (R >= 0).
3.1.4. Принцип действия процессора
Принцип действия процессора можно понять на примере выполнения одной команды (рис.3.1).
Исполнение
команды
НЕТ
ДА
Рис. 3.1 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. 3.1
. В данном алгоритме не задано первоначальное значение счетчика адреса команд. В этом случае аппаратным путем заносится стартовый адрес, находящейся в ПЗУ программы инициализации всех устройств и начальной загрузки ЭВМ.