Призначення та функції процесора, структура та функціонування мікропроцесора
1. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ ПРОЦЕСОРУ
2. ТИПИ ПРОЦЕСОРІВ
4. СТРУКТУРА МІКРОПРОЦЕСОРА
4.1 Пристрій керування
4.2 Мікропроцесорна пам'ять
4.3 Інтерфейсна частина мікропроцесора
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Процесор (або центральний процесор, ЦП) - це транзисторна мікросхема, яка є головним обчислювальним та керуючим елементом комп'ютера.
Англійська назва процесора – CPU (Central Processing Unit).
Процесор є спеціально вирощений напівпровідниковий кристал, на якому розташовуються транзистори, з'єднані напиленими алюмінієвими провідниками. Кристал міститься в керамічний корпус із контактами.
Сучасні процесори виготовляються за 0,13-мікронною технологією, тобто. Товщина кристала процесора становить 0,13 мікрон. Для порівняння – товщина кристала першого процесора Intel була 10 мікрон.
У нашій роботі ми ставимо за мету розглянути призначення, основні функції процесора, його основні особливості, а також описати структуру і функціонування мікропроцесорів.
1. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ ПРОЦЕСОРУ
Центральний процесор (ЦП; англ. centralprocessingunit, CPU, дослівно - центральний обчислювальний пристрій) - виконавець машинних інструкцій, частина апаратного забезпечення комп'ютера чи програмованого логічного контролера, відповідальний виконання операцій, заданих програмами.
Сучасні ЦП, що виконуються у вигляді окремих мікросхем (чіпів), що реалізують всі особливості, притаманні такого роду пристроям, називають мікропроцесорами. Із середини 1980-х останні практично витіснилиінші види ЦП, унаслідок чого термін став дедалі частіше сприйматися як звичайний синонім слова «мікропроцесор». Тим не менш, це не так: центральні процесорні пристрої деяких суперкомп'ютерів навіть сьогодні є складними комплексами великих (ВІС) і надвеликих інтегральних схем (СВІС).
Спочатку термін "Центральний процесорний пристрій" описував спеціалізований клас логічних машин, призначених для виконання складних комп'ютерних програм. Внаслідок досить точної відповідності цього призначення функцій існуючих на той час комп'ютерних процесорів, він був перенесений на самі комп'ютери. Початок застосування терміна та його абревіатури по відношенню до комп'ютерних систем було покладено у 1960-ті роки. Пристрій, архітектура і реалізація процесорів з того часу неодноразово змінювалися, проте їх основні функції залишилися тими ж, що й раніше.
Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерів загалом засновані на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовної обробки інформації, винайденого Джоном фон Нейманом.
Д. фон Нейман придумав схему будівництва комп'ютера в 1946 [6, c. 115]. Найважливіші етапи цього процесу наведені нижче. У різних архітектурах і різних команд можуть знадобитися додаткові етапи. Наприклад, для арифметичних команд можуть знадобитися додаткові звернення до пам'яті, під час яких здійснюється зчитування операндів та запис результатів. Відмінною особливістю архітектури фон Неймана є те, що інструкції та дані зберігаються в одній пам'яті.
Етапи циклу виконання:
3. Процесор отримує число з шини даних, інтерпретує його як команду (машинну інструкцію) зі своєїсистеми команд і виконує її;
5. Знову виконується п. 1.
Даний цикл виконується незмінно, і саме він називається процесом (звідки і походить назва пристрою).
Команди центрального процесора є найнижчим рівнем управління комп'ютером, тому виконання кожної команди неминуче та безумовно. Не проводиться жодної перевірки на допустимість виконуваних дій, зокрема, не перевіряється можлива втрата цінних даних. Щоб комп'ютер виконував лише допустимі дії, команди повинні бути належним чином організовані у вигляді потрібної програми.
Швидкість переходу від одного етапу циклу до іншого визначається тактовим генератором. Тактовий генератор виробляє імпульси, що є ритмом для центрального процесора. Частота тактових імпульсів називається тактовою частотою.
- отримання та декодування інструкції (Fetch)
- виконання арифметичних операцій (Arithmetic Operation)
- збереження результату операції (Store)
Після звільнення k-го ступеня конвеєра вона відразу розпочинає роботу над наступною командою. Якщо припустити, що кожен ступінь конвеєра витрачає одиницю часу на свою роботу, виконання команди на конвеєрі довжиною в n ступенів займе n одиниць часу, проте в самому оптимістичному випадку результат виконання кожної наступної команди буде виходити через кожну одиницю часу.
Справді, за відсутності конвеєра виконання команди займе n одиниць часу (оскільки виконання команди як і раніше необхідно виконувати вибірку, дешифрацію тощо. буд.), й у виконання m команд знадобиться
Чинники, що знижують ефективність конвеєра:
2) очікування: якщо наступна команда використовує результат попередньої, то остання не може розпочативиконуватися до виконання першої (це долається під час використання позачергового виконання команд, out-of-order execution);
3) очищення конвеєра при попаданні до нього команди переходу (цю проблему вдається згладити, використовуючи передбачення переходів).
Деякі сучасні процесори мають більше 30 ступенів у конвеєрі, що збільшує продуктивність процесора, проте призводить до великого часу простою (наприклад, у разі помилки у передбаченні умовного переходу.)