Diagrama structurala a calculatorului, algoritmul de baza al microprocesorului, clasele de procesoare (CISC, RISC, MISC, VLIW).
Procesorul central (CPU sau unitatea centrală de procesare - CPU, unitatea de procesare centrală) este executorul instrucțiunilor mașinii, parte a hardware-ului calculatorului sau controlerul logic programabil; este responsabil pentru efectuarea operațiunilor specificate de programe.
Microprocesorul este un procesor realizat sub forma unui circuit integrat mare (LSI) și închis într-o carcasă etanșă. În centrul oricărui PC (computer personal) se utilizează microprocesoare. Microprocesorul este "creierul" calculatorului. Acesta implementează programe care rulează pe computer și gestionează funcționarea dispozitivelor rămase ale computerului.
Principalele caracteristici ale microprocesorului sunt viteza și adâncimea de biți. Viteza este numărul de operațiuni efectuate pe secundă. Adâncimea de biți caracterizează cantitatea de informații pe care microprocesorul o procesează într-o singură operație: un procesor pe 8 biți procesează 8 biți de informații într-o singură operație, procesor pe 32 de biți - 32 de biți. Viteza de funcționare determină în mare măsură viteza calculatorului. IBM PC utilizează microprocesoare dezvoltate de Intel sau procesoare compatibile de la alte companii.
Diagrama structurala a calculatorului:
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
ALU este un dispozitiv aritmetic-logic. Acesta asigură executarea operațiilor de procesare a informațiilor de bază.
Orice sarcină de calculator este împărțită în operațiuni logice separate, efectuate peste numere binare și într-o secundă sunt executate sute de mii sau milioane de astfel de operații. Adunarea, scăderea, înmulțirea și împărțirea sunt operații elementare efectuate de calculatoarele de tip ALU. Un set complet de astfel de operațiuni se numește un sistem de comandă, iar schemele de implementare a acestora formează baza ALU. În plus față de dispozitivul aritmetic, ALU include de asemenea un dispozitiv logic conceput pentru operațiuni în care nu există transfer de la descărcare la descărcare. Uneori, aceste operațiuni se numesc OR logice și logice. Toate operațiile din ALU sunt realizate în registre - celule ALU alocate în mod special. Timpul de execuție a celor mai simple operații este determinat de timpul minim de pliere a celor doi operanzi din registre. În cazul. dacă unul sau ambii termeni nu sunt în registru, ci în memorie (memorie), timpul de trimitere a termenilor la registre și timp
scrieți suma primită în memorie. În majoritatea microprocesoarelor moderne, acest interval variază între câteva sute de nanosecunde și câteva microsecunde.
CU este un dispozitiv de control, controlează procesul de procesare și asigură comunicarea cu dispozitive externe. REGISTERI - medii de stocare interne ale microprocesorului. Aceasta este internă
memorie procesor. Există trei registre. Unul stochează comenzi sau instrucțiuni, alte două - date. Conform instrucțiunilor, procesorul poate adăuga, scădea,
conținutul registrelor de date.
Microprocesorul principal determină viteza calculatorului. Versiunea originală a computerului IBM PC și a modelului IBM PC XT utilizează microprocesorul Intel-8088. Modelul IBM PC AT utilizează un microprocesor mai puternic Intel-80286, iar performanța acestuia este de aproximativ 5-6 ori mai mare decât cea a IBM PC XT. Modelele din seria PC / 2 utilizează un microprocesor mai puternic Intel-80386. Performanța lor este de aproximativ 3-4 ori mai mare decât cea a IBM PC AT, însă această creștere a performanțelor este semnificativă, în principal pentru rezolvarea problemelor care necesită un volum mare de calcul.
Caracteristicile microprocesoarelor. Microprocesoarele diferă între ele în două caracteristici: tipul (modelul) și frecvența ceasului. Cele mai comune modele sunt Intel-8088,
80286, 80386SX, 80386 (DX), 80486 (SX, SX2, DX, DX2, DX4 etc.) și Pentium, acestea sunt listate în ordine crescătoare de performanță și preț. Aceleași modele de microprocesoare pot avea viteze diferite ale ceasului - cu cât este mai mare viteza ceasului, cu atât este mai mare performanța și prețul microprocesorului.
Frecvența ceasului 0 indică câte operații elementare (cicluri) efectuează microprocesorul într-o secundă. Frecvența ceasului este măsurată în megahertzi (MHz). Trebuie remarcat faptul că diferite modele de microprocesoare efectuează aceleași operații (de exemplu, adăugare sau multiplicare) pentru un număr diferit de măsuri. Cu cât este mai mic modelul de microprocesor, cu atât mai puține sunt necesare pentru a efectua aceleași operații. Prin urmare, microprocesorul Intel-80386 rulează de două ori mai rapid decât Intel-80286 cu același
Coprocesoare. Microprocesoarele 8088, 80286, 80386 sunt proiectate astfel încât să permită utilizarea coprocesoarelor aritmetice 8087, 80287, 80387 ale companiei "Intel".
Specializarea coprocesoarelor este procesarea rapidă a numerelor unui punct plutitor. Ele pot efectua operațiuni obișnuite de adăugare, scădere, înmulțire și împărțire și multe altele
Operații complexe, cum ar fi calcularea funcțiilor trigonometrice.
Structurally embedded în semnale de microprocesor, puteți transfera munca la coprocesor și apoi să primească rezultatele procesării. Pentru a utiliza coprocesorul aritmetic, care se află în computer, aveți nevoie de programe care pot da codurile speciale necesare pentru a porni coprocesorul.
OPERAȚIILE ARIMMETICE sunt operații cum ar fi adunarea, scăderea, înmulțirea, diviziunea și altele.
OPERAȚIUNI LOGICE sunt operații cum ar fi compararea, editarea și marcarea, AND-ul logic și logica OR, excepția, verificarea măștii și așa mai departe.
I / O OPERATIONS sunt operații precum pornirea, oprirea, interogarea dispozitivelor de intrare / ieșire, interogarea canalelor și așa mai departe.
ALGORITMUL DE BAZĂ A LUCRĂRII PROCESORULUI.
Algoritmul principal al procesorului.
Întregul algoritm al procesorului poate fi descris în trei rânduri
Cu toate acestea, pentru o reprezentare completă, este necesar să se determine circuitele logice pentru executarea anumitor comenzi, calcularea cantităților și aceasta este deja o funcție a dispozitivului logic aritmetic
Rețineți că după citirea următoarei comenzi, procesorul mărește SC după lungimea comenzii. Prin urmare, atunci când corpul ciclului următor este executat, procesorul va citi și executa următoarea comandă de program, apoi alta, etc. Ciclul se va încheia când se întâlnește și se execută o comandă specială "stop". Ca rezultat, calculatorul automat, fără participarea unei persoane, echipa din spatele echipei va executa întreaga echipă ca întreg.
Automatizarea procesorului, capacitatea de a efectua secvențe lungi de comenzi fără intervenția omului este una dintre principalele caracteristici distinctive ale unui computer ca mașină universală de procesare a informațiilor.
PRINCIPIUL MANAGEMENTULUI SOFTWARE.
Memoria mașinii poate fi considerată ca o pagină lungă formată din linii separate. Fiecare astfel de linie este numită celulă de memorie și, la rândul ei, este împărțită în biți. Conținutul oricărui bit poate fi 0 sau 1. Prin urmare, în orice celulă de memorie un anumit set
Toate computerele funcționează în principiu în același mod. Ori de câte ori te uiți în memoria unui computer, celulele sale stochează seturi de zerouri și altele. Calculatorul execută fără participarea omului nu numai o comandă, ci și o secvență lungă de comenzi (program). Acesta este unul dintre principiile principale ale funcționării calculatorului - principiul gestionării programelor.
memoria calculatorului pentru datele originale și rezultatul.
Vederea generală a comenzii mașinii poate fi după cum urmează:
Totalizatorul. La executarea calculatorului programului, numărul de celule în care sunt conținute comenzile executabile sunt introduse secvențial în contorul de programe, comenzile ele însele sunt plasate în registrul de instrucțiuni și operațiile aritmetice au loc în agregatul. Adderul are, de asemenea, o celulă proprie - pentru rezultate intermediare de calcul. Rețineți că comenzile computerelor moderne pot ocupa mai multe celule de memorie.
Principalele componente funcționale ale procesorului
Sucursala predictivă: modulul de predicție a sucursalelor încearcă să ghicească ce secvență va fi executată de fiecare dată când programul conține un salt condițional, astfel încât dispozitivele prefetch și decodare să primească instrucțiunile în prealabil.
Blocați punctul mobil. Cel de-al treilea modul de execuție din cadrul Pentium, care efectuează calcule non-întreg
Cache primar: Pentium are două cache-uri intrachip de 8kb, unul pentru date și instrucțiuni, care este mult mai rapid decât cache-ul secundar secundar mai mare.
Interfață autobuz: are un amestec de cod și date în CPU, le separă până când sunt gata de utilizare și se reconectează prin trimitere.
Fig. 1 Structura internă a procesorului
Acesta este aproape totul despre povestea cea mai generală despre procesoare - aproape orice operație poate fi efectuată printr-o serie de instrucțiuni simple, similare celor descrise.
Clase de procesoare (CISC, RISC, MISC, VLIW).
Capacitatea de a executa mai multe instrucțiuni de mașină pe ciclu de ceas. Apariția acestei tehnologii a dus la o creștere semnificativă a productivității.
Set de instrucțiuni complexe Calculator - calcule cu un set complex de comenzi. O arhitectură de procesor bazată pe un set complex de comenzi. Reprezentanții tipici ai CISC sunt microprocesoarele familiei Intel x86 (deși de mulți ani acești procesori sunt CISC numai de sistemul de comandă externă).
Simplificarea setului de instrucțiuni are rolul de a scurta conducta, evitând astfel întârzierea operațiunilor ramurale condiționale și necondiționate. Un set de registre omogene simplifică activitatea compilatorului la optimizarea codului programului executabil. În plus, procesoarele RISC sunt caracterizate de un consum redus de energie și de disipare a căldurii.
Printre primele implementări ale acestei arhitecturi au fost procesoarele MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. În dispozitivele mobile procesoarele ARM sunt utilizate pe scară largă.
Set minim de instrucțiuni Calculator - calcule cu un set minim de comenzi. Dezvoltarea ulterioară a ideilor echipei Chuck Moore, care crede că principiul simplificării, originalul pentru procesoarele RISC, prea repede a scăzut în fundal. În căldura luptei pentru performanță maximă, RISC a prins și a depășit multe procesoare CISC în complexitate. Arhitectura MISC este construită pe un model computerizat cu un număr limitat de echipe (aproximativ 20-30 de echipe).
Cuvântul de instrucțiune foarte lung este un cuvânt de comandă foarte lung. Arhitectura procesoarelor cu un paralelism computațional explicit încorporat în sistemul de comandă al procesorului. Acestea sunt baza arhitecturii EPIC.
Conceptul de "întrerupere", clasificarea întreruperilor (software și hardware).
Întrerupeți (întrerupe limba engleză) - un semnal care îi spune procesorului despre apariția unui eveniment. Execuția secvenței de comenzi curente este suspendată și controlul este transferat către dispozitivul de tratare a întreruperii, care reacționează la eveniment și îl deservește și apoi readuce controlul la codul întrerupt.
În funcție de sursa semnalului, întreruperile sunt împărțite în:
- Asincron sau extern (hardware) - evenimente care provin din surse externe (de exemplu, periferice) și pot apărea în orice moment arbitrar: semnalul de la un cronometru, cartela de rețea sau unitatea de disc, apăsările de la tastatură, mișcarea mouse-ului;
- (un caz special de întrerupere internă) - sunt inițiate prin executarea unei instrucțiuni speciale în codul programului. Întreruperile software sunt utilizate în general pentru a accesa funcțiile de firmware, drivere și sistemul de operare.
Termenul "capcană" este folosit uneori ca sinonim pentru termenul "întrerupere" sau "întrerupere internă". În mod obișnuit, utilizarea cuvântului este stabilită în documentația producătorului arhitecturii specifice a procesorului.
Intrerupere. Întrerupeți manipularea.
Întreruperile sunt un mecanism de coordonare
funcționarea paralelă a dispozitivelor individuale ale sistemului informatic și
să reacționeze la condițiile speciale care apar atunci când procesorul rulează.
Întreruperile sunt transferul forțat al controlului de la o alergare
program către sistem și prin acesta către programul de procesare corespunzător
întreruperile care apar la un anumit eveniment. Scopul principal al introducerii
întreruperi - implementarea funcționării și paralelizării asincrone
lucrarea dispozitivelor individuale ale complexului de calculatoare. Mecanism de întrerupere
este implementat de hardware și software.
Structurile sistemelor de întrerupere pot fi foarte diferite, dar toate acestea
au o caracteristică comună - întreruperea duce în mod inevitabil la o schimbare
ordinea în care instrucțiunile sunt executate de către procesor. Întrerupere manipulare
include următoarele elemente:
1. Stabilirea faptului de întrerupere (recepționarea și identificarea unui semnal pe
2. Stocarea stării procesului întrerupt (starea procesului
este determinată de valoarea contorului de instrucțiuni, conținutul registrului
procesor, specificație modul: utilizator sau
3. Comanda este transferată la programul de întrerupere hardware. În asta
întrerupe manipularea și în registrele corespunzătoare ale cuvântului
4. Salvarea informațiilor într-un program întrerupt care nu a putut fi salvat
cu ajutorul acțiunilor hardware.
5. Manipularea întreruperii. Munca se poate face la fel
subrutina, care a fost transferată la control la pasul 3, dar în OS
Cel mai adesea această procesare se realizează prin apelarea corespunzătoare. subrutină.
6. restaurarea informațiilor referitoare la procesul întrerupt.
7. Întoarceți-vă la programul întrerupt.
Primii 3 pași sunt implementați de hardware, iar restul -
Principalele funcții ale mecanismului de întrerupere sunt:
1. Recunoașterea sau clasificarea unei întreruperi.
2. Transferați controlul la dispozitivul de întrerupere.
3. Întoarcerea corectă la programul întrerupt
Trecerea de la programul întrerupt la mâner și înapoi ar trebui să fie
produse cât mai curând posibil. Una dintre cele mai rapide metode este
utilizarea tabelului. lista cu toate permisiunile pentru computer
programul de întrerupere, înainte de a trece controlul la manipulator, conținutul
registrele procesorului sunt stocate fie în memorie cu acces direct, fie în
Întrerupeți serviciul. Nu este necesară prezența unui semnal de întrerupere
ar trebui să provoace o întrerupere a unui program executabil, procesorul poate
pentru a avea un sistem de protecție pentru întrerupere: dezactivarea sistemului de întrerupere sau
interzicerea sau mascarea semnalelor individuale de întrerupere. software-ul
gestionarea acestor facilități permite sistemului de operare să reglementeze procesarea semnalelor
întrerupere. Procesorul poate gestiona întreruperile imediat după sosire
întreruperi, amânarea procesării lor pentru o perioadă, complet
ignora. În mod obișnuit, operațiile de întrerupere sunt efectuate numai după
executarea comenzii curente. Deoarece semnalele de întrerupere
apar în momente arbitrare ale timpului, apoi în momentul întreruperii,
există mai multe semnale de întrerupere care pot fi procesate
numai în mod consecvent. Pentru a procesa semnalele de întrerupere într-un mod rezonabil
pentru a le da prioritate. Programe de gestionare speciale
registrele măștii, permit implementarea diferitelor discipline de întreținere:
1) cu prioritate relativă. În același timp, întreținerea nu este întreruptă nici măcar
Dacă există întrebări cu priorități mai mari. după absolvire
serviciul de cerere (curent) este satisfăcută cererea cu cea mai mare
prioritate. pentru organizarea unei astfel de discipline este necesară în program
Pentru a răspunde acestei solicitări, puneți măști peste toate celelalte întreruperi
sau pur și simplu opriți sistemul de întrerupere.
2) cu prioritate absolută. Serviți întotdeauna sarcinile cu cel mai înalt nivel
prioritate. Să pună în aplicare această disciplină la cererea de procesare
Întrerupează o mascare a tuturor întreruperilor cu o prioritate mai mică. În acest caz,
este posibilă o întrerupere pe mai multe niveluri, adică o întrerupere a programului de procesare
întrerupere. Numărul de niveluri de întrerupere în acest mod variază și depinde
din prioritatea solicitării prin principiul stiva: LCFS - ultimul venit primul servit, t
O solicitare cu o prioritate mai mare poate întrerupe cererea cu mai multe
prioritate scăzută. Când apare o solicitare de întrerupere, sistemul
întrerupe identifică semnalul și dacă întreruperile sunt activate, atunci
controlul este transmis către acc. întrerupe serviciul de rutină.
Secțiuni de servicii în care este salvat contextul
sarcina și ultima secțiune în care
restaura contextul astfel încât sistemul de întrerupere să nu reacționeze în mod repetat
la semnalul de cerere de întrerupere. Acest sistem de întrerupere automată
dezactivează întreruperile, deci este necesar în rutinele de tratare a întreruperilor
reactivați acest sistem de manipulare a întreruperilor. Deci, pe durata executării
întrerupătoarele de întrerupere a întreruperii centrale sunt permise, pentru o perioadă de timp
Rutina de întrerupere ar trebui să fie
cu handicap, și după restabilirea contextului sarcinii întrerupte,
din nou. Aceste acțiuni trebuie efectuate la fiecare manipulare a întreruperii. În
Numeroase secțiuni de procesare a întreruperilor OS 1 sunt alocate unei categorii speciale
se numește modulul programului. supraveghetorul întrerupe.
Trimiteți-le prietenilor: