Внутреняя структура процессора

Структура персонального компьютера.

Лекция №3.

На сегодняшний день самая распространённая структура компьютера строится на базе шинной архитектуры.

Шина – набор параллельных проводников, по которым распространяются сигналы. Шина может быть выполнена виде печатных проводников на плате или в виде параллельных проводников в кабеле. К шине подключаются все блоки к

В этом случае подключение ОЗУ к процессору и подключение внешних устройств отличалось. При обращении к памяти процессор использовал одни адреса, а при обращении к внешнему устройству адресация была другой. Для подключения каждого внешнего устройства, процессор должен был иметь своё специфическое устройство сопряжения. Примером такой архитектуры может служить ЭВМ M-6000 из ACBT.

При появлении этой модели был сделан серьёзный шаг в развитии вычислительной техники поскольку была применена агрегатная система, то есть функциональные блоки собирались без модулей. Совершенно революционным был сделан шаг при появлении архитектур с общей шиной. Эта архитектура остаётся актуальной и в наши дни (PCI). В архитектуре с общей шиной все устройства имеют одинаковый стандартный интерфейс, что существенно упрощает изготовление аппаратуры.

Вторым существенным достоинством является то, что все устройства, как память так и внешние устройства имеют одинаковую адресацию, то есть они располагаются в едином адресном пространстве. Для подключения к общей шине каждое внешнее устройство имеет 2 регистра. Регистр команд и состояний и регистр данных. В регистре команд и состояний записываются коды тех операций которое внешнее устройство должно выполнить. В этом же регистре процессор может посмотреть каково состояние данного устройства, то есть эти регистры доступны пользователю из программ, точно также как и любая ячейка из программ. Ячейки располагаются в старших адресах. В младших адресах располагаются системные программы: начальный загрузчик, программа прерывания и другие.

В этих системах с общей шиной впервые была применена замечательная система установки приоритетов для внешних устройств. Эта система была позиционной. Устройства находящееся в физических ближе к процессору имела наивысший приоритет. Впервые такая архитектура была применена на ЭВМ PDP-11 DEC, (ЭВМ CM-3, CM-4 КЗВУМ) – 16 разрядной шины.

До сегодняшнего дня структуры с общей шиной.

В современных компьютерах используется программный принцип управления, то есть вся работа осуществляется по управлением программ. Для реализации программного принципа процессор имеет соответствующую архитектуру, то есть набор специализированных узлов. Основой процессора является арифметически логическое устройство, которое осуществляет все арифметические и логические операции. Поскольку, как правило используются две адресные команды, то в них задаётся код выполняемой операции, адрес первого операнда и адрес второго операнда. Результат помещается по адресу второго операнда. Чтобы знать, какая команда будет выполняться на следующем шаге, используется счётчик команд. Этот счётчик содержит адрес текущей программы и при естественном порядке выполнения команд его содержимое увеличивается, на единичку размерности поля памяти. Как правило, слова в поле памяти адресуются четными адресами, если адрес не четный, то это означает работу с байтом. Пусть счётчик команд показал, что в данный момент выполняется команда находящееся по адресу 1000. В этой ячейке находится команда сложения с операндами, адрес которых задан с помощью регистров общего назначения. Эти регистры предназначены для хранения некоторых данных, которые используются для адресации как операнды в командах и куда помещаются результаты операций. Команда, указанная счётчиком команд, выбираемая процессором из памяти, в данном случае из ячейки с адресом 1000 и на шине данных памяти поступает сначала в регистр данных памяти и потом поскольку эта команда, то передаётся в регистр команд.

Адрес ячейки памяти передаётся через регистр памяти. В регистре команд, команда находится в процессе её дешифрации. К этому регистру подключено специальное устройство, которое называется дешифратор команд. Дешифратор анализирует код операции и понимает какую последовательность действий надо запустить на данном шаге. В данном конкретном примере эта последовательность действий означает сложение. Последовательность действий по реализации команды осуществляется устройством управления. Эта последовательность действий называется МИКРОПРОГРАММОЙ. В данном примере в ячейке 1000 находится команда АДД ()+ - это означает на языке Ассемблера, что нужно выполнить сложение причём первый операнд задаётся через, а второй через регистр, скобочки означают, что используется прямая адресация, то есть в регистре содержится адрес первого операнта, а авто увеличение означает, что после выполнения инструкции, что содержимое этого регистра увеличится на 2. Находим первый операнд. Поскольку операнд в ячейке 1006, это 0015 из ячейки 1006. Дальше в команде означает искомая прямая адресация через регистр. Прямая адресация означает, что второй оперант находится в регистре.

Выполняем сложение этих восьмеричных чисел:

Первый 0015 из ячейки 1006

Второй 0007 из ячейки, регистр.

Поскольку результат всегда записывается по адресу второго операнда, то содержимое регистра R, после выполнения операции изменится и в нём будет записан результат:

0007 0024

Поскольку использовали прямую адресацию с авто увеличением также изменится на величину 2 и будет составлять.

1006 + 2 1010

Счётчик команд выполнения операции также будет модифицирован на 1 шаг.