Основные характеристики процессора

Процессор

Центральным устройством, во многом определяющим возможности компьютера, является процессор.

v Процессор – это блок, предназначенный для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения.

Процессор, изготовленный в виде большой или сверхбольшой интегральной схемы

(БИС, СБИС), называется микропроцессором.

Любой процессор обязательно включает в себя две важные части, каждая из которых решает свои задачи:

v арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее обработку данных, и

v устройство управления (УУ), которое управляет выполнением программы и обес-

печивает согласованную работу всех узлов компьютера.

В простейшем случае АЛУ состоит из двух регистров, сумматора и схем управления операциями. При выполнении операций в регистры помещаются исходные данные, а в сумматоре они складываются. Все остальные арифметические операции могут быть тем или иным способом сведены к сложению.

АЛУ не только выполняет вычисления, но и анализирует полученный результат.

Обычно проверяется два свойства: равенство нулю и отрицательность результата Результаты этого анализа заносятся в определенные биты регистра состояния процессора. Используя эти значения, можно сделать вывод об истинности или ложности условий R = 0, R ≠ 0, R > 0, R < 0, R ≥ 0, R ≤ 0, где R обозначает результат операции. Это позволяет организовать ветвления в программе, например, для неотрицательного числа вычислять квадратный корень, а иначе – выдать сообщение об ошибке.

Как правило, АЛУ работает только с целыми числами. Операции с вещественными числами выполняются в математическом сопроцессоре, который встроен внутрь современных микропроцессоров.

Главная задача устройства управления – обеспечить автоматическое выполнение последовательности команд программы в соответствии с основным алгоритмом работы процессора. УУ выполняет следующие действия:

v извлечение из памяти очередной команды;

v расшифровка команды, определение необходимых действий;

v определение адресов ячеек памяти, где находятся исходные данные;

v занесение в АЛУ исходных данных;

v управление выполнением операции;

v сохранение результата.

Таким образом, выполнение каждой машинной команды состоит из элементарных действий, которые называются микрокомандами.

Основные характеристики процессора

Для организации выполнения команд в компьютере есть генератор импульсов, каждый из которых «запускает» очередной такт машинной команды. Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполняться операция.. Приближенно можно считать, что процессор выполняет за один такт одну простую команду (типа пересылки регистр-регистр. Следовательно, тактовая частота, измеряемая количеством тактовых импульсов в секунду, может быть характеристикой быстродействия процессора.

Тактовая частота – количество тактовых импульсов за одну секунду.

В настоящее время тактовая частота измеряется в гигагерцах, т.е. в миллиардах импульсов за секунду. Эту частоту нельзя установить сколь угодно высокой, поскольку процессор может просто не успеть выполнить действие очередного такта до прихода следующего импульса

Другая характеристика, позволяющая судить о производительности процессора, –

это его разрядность.

Разрядность – это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обрабатывать за одну команду. Чаще всего разрядность определяют как размер регистров процессора в битах. Однако, важны также разрядности шины данных и шины адреса, которые поддерживает процессор. Разрядность шины данных – это максимальное количество бит, которое может быть считано за одно обращение к памяти. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Этот объем памяти часто называют величиной адресного пространства, он вычисляется по формуле 2^R, где R – количество разрядов шины адреса.

Каждая модель процессора имеет собственную систему команд. Поэтому, как правило, процессоры могут выполнять только программы, написанные специально для них. Тем не менее, обычно новые процессоры одной и той же серии (например, процессоры Intel) поддерживают все команды предыдущих моделей.

В системах команд разных процессоров есть много общего. Они обязательно включают следующие группы машинных команд:

v команды передачи (копирования) данных;

v арифметические операции;

v логические операции, например, «НЕ», «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ»;

v команды ввода и вывода;

v команды переходов

Вопросы

1. Тактовые частоты двух процессоров, изготовленных фирмами Intel и AMD равны.

Означает ли это, что их быстродействие одинаково?

2. Оцените, сколько миллиардов простых операций типа пересылки регистр-регистр

может выполнить за 1 мин. процессор с тактовой частотой 1 ГГц.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: