Процессор

Центральный процессор – основное устройство ЭВМ, которое наряду с обработкой данных выполняет функции управления системой: инициирование ввода/вывода, обработку системных событий, управление доступом к основной памяти и т.п.

Основные компоненты процессора и их назначение

Основные компоненты центрального процессора включают:

• арифметико-логический блок (АЛУ), выполняющий арифметические и логические операции;
• регистры процессора, поставляющие операнды в АЛУ и хранящие результаты операций АЛУ;
• блок управления, который организует извлечение (из памяти), декодирование и выполнение инструкций, направляя скоординированные операции АЛУ, регистров и других компонентов.

Основной алгоритм работы процессора

Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, называемых командами. Команда определяет наименование операции и слова информации, участвующие в ней. Алгоритм, записанный в виде последовательности команд, называется программой.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.
2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.
3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.
4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом.

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Машинная команда состоит из двух частей: операционной и адресной.

Операционная часть команды (КОП — код операции) — это группа разрядов в команде, предназначенная для представления кода операции машины.

Адресная часть команды (адреса) — это группа разрядов в команде, в которых записываются коды адреса (адресов) ячеек памяти машины, предназначенных для оперативного хранения информации, или иных объектов, задействованных при выполнении команды. Часто эти адреса называются адресами операндов, то есть чисел, участвующих в операции.

По количеству адресов (al, а2, аЗ, ...), записываемых в команде, команды делятся на безадресные, одно-, двух- и трехадресные.

Типовая структура трехадресной команды:

а2 и аЗ — адреса ячеек (регистров), где расположены, соответственно, первое и второе числа, участвующие в операции, a1 — адрес ячейки (регистра), куда следует поместить число, полученное в результате выполнения операции.

1. Чередов А.Д., Мальчуков А.Н. Организация ЭВМ и систем: учебное пособие / А.Д. Чередов, А.Н. Мальчуков; Томский политехнический университет. – 4-е изд., перераб. и доп. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. – 236 с.
2. Бройдо В. Л., Ильина О. П. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов. — СПб.: Питер, 2006. — 718 с.