Лекции по Вычислительным машинам   

6. Процессоры

Процессором называется устройство, способное выполнять некоторый заданный набор операций над данными в структурированной памяти и вырабатывать значение заданного набора логических условий над этими данными.

Стандартная схема процессора состоит из двух устройств, называемых арифметико–логическим устройством и устройством управления (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 — Схема процессора

В схему АЛУ включается структурированная память, состоящая, как правило, из регистров, к которым может добавляться один или несколько стеков. С помощью специальных комбинационных схем в структурированной памяти может осуществляться тот или иной набор преобразований.

Операции, выполняемые АЛУ за один такт синхронизирующего генератора, называются микрооперациями, а соответствующий их выполнению такт — микротактом. Выбор той или иной микрооперации осуществляется путем подачи кода этой микрооперации на специальный управляющий вход АЛУ. Как правило, в состав микроопераций АЛУ включаются очистка регистров и стеков (обращение их содержимого в нуль), пересылки данных между регистрами и стеками, сдвиги (вправо или влево) двоичного кода на регистрах, а также накапливающее суммирование. Для этой операции выделяются специальные регистры, называемые накапливающими сумматорами (аккумуляторами). При передаче кода некоторого числа х в аккумулятор, содержавший число у, происходит суммирование (с учетом знаков) этих чисел, а сумма х + у замещает в аккумуляторе его первоначальное содержимое у.

Помимо описанных внутренних микроопераций, в АЛУ реализуются также внешние микрооперации, осуществляющие прием и выдачу данных, т. е. обмен данными между АЛУ и внешним миром.

Кроме того, АЛУ может формировать дополнительно выходные сигналы в виде набора логических условий, выражающих те или иные свойства содержимого памяти АЛУ. Примеры таких свойств: «коды в регистрах А и В одинаковы», «число в регистре А отрицательно» и т. д.

Устройство управления процессора на основе входных сигналов, в качестве которых служат формируемые АЛУ наборы логических условий, формирует выходные сигналы — коды микроопераций АЛУ. Кроме того, УУ может иметь также каналы обмена с внешним миром. Каналы выдачи и приема УУ и АЛУ обычно объединяются в каналы обмена процессора с внешним миром.

Через канал приема в УУ поступают коды команд (инструкций) на выполнение тех или иных операций процессора, а через канал выдачи — запросы на очередные команды, либо сигнал останова, который прекращает работу процессора. Операция процессора обычно не сводится к одной микрооперации, а индуцируется некоторой их последовательностью. Такие последовательности определяются микропрограммами, встраиваемыми или запоминаемыми в УУ. В случае запоминаемых микропрограмм их можно оперативно менять, настраивая процессор на различные наборы операций (команд). В этом случае говорят, что процессор имеет мягкую (перестраиваемую) архитектуру.

Работа процессора может осуществляться двумя различными способами. В первом из них процессор сам извлекает последовательно команды из программы, запомненной в быстродействующей памяти – внешней по отношению к процессору. Все необходимые данные (исходные, промежуточные и выходные) также хранятся в этой памяти. Команды, помимо кода операции, содержат адреса данных, необходимых для их исполнения. Извлекая из памяти очередную команду и анализируя ее, процессор тут же извлекает необходимые для ее выполнения данные. В этом случае принято говорить, что процессор управляется потоком команд. Другой способ состоит в том, что данные, поступающие в АЛУ процессора из внешнего источника, запоминаются в нем, анализируются и вызывают (с помощью УУ) выборку из быстродействующей памяти последовательности команд для их обработки. В этом режиме процессор управляется потоком данных. Быстродействие процессора должно быть достаточно велико, чтобы обработать поступившие данные и выдать результат обработки до поступления очередной порции данных.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.