Процессор автоматически расшифровывает команды программы

Процессором называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. Процессор дешифрует и выполняет команды программы, организует обращение к ОП, в нужных случаях инициирует работу ПУ, воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие от устройств машины и из внешней среды («запросы прерывания»).

Процессор занимает центральное место в структуре ЭВМ, т.к. он осуществляет управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ЭВМ.

Выполнение команды (машинные операции) разделено на более мелкие операции — микрооперации (микрокоманды), выполняющие определенные элементарные действия. Конкретный состав микроопераций определяется системой команд и логической структурой данной ЭВМ. Последовательность микроопераций (машинных команд), реализующих данную операцию (команду), образует микропрограмму операции.

Для определения временных соотношений между различными этапами операций используется понятие машинного такта. Машинный такт определяет интервал времени, в течение которого выполняется одна или одновременно несколько микроопераций. Границы такта задаются синхросигналами, вырабатываемых генератором синхросигналов. Иерархия этапов выполнения программ в процессоре:

05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]

Программакомандамикрооперации

Упрощенная схема процессора представлена на рис.6.1. Здесь изображены только его составные части: АЛУ, управляющее устройство (управляющий автомат), блок управляющих регистров БУР, блок регистровой памяти (местная память) и блок связи с ОП и др., в том числе и внешним оборудованием.

В состав процессора могут входить также и некоторые другие блоки, участвующие в организации вычислительного процесса (блок прерывания, блок защиты памяти, блок контроля правильности работы и диагностики процессора и др.)

ОП выполняется в виде отдельного устройства, которое в небольших ЭВМ может конструктивно объединяться с процессором и использовать частично его оборудование.

Основные части МП:

Арифметико-логическое устройство АЛУ процессора выполняет арифметические и логические операции над данными. В общем случае АЛУ выполняет логические преобразования над отдельными группами бит, байтами и их последовательностями, арифметические операции над числами с фиксированной и плавающей запятой, над десятичными числами, обработка алфавитно-цифровых слов переменной длинны и др. В процессоре может быть одно универсальное АЛУ для выполнения основных арифметических и логических преобразований или несколько специализированных для отдельных видов операций, например, векторных операций, с плавающей запятой, десятичных операций. В последнем случае увеличивается количество оборудования процессора, но повышается его быстродействие за счет специализации и упрощения схем выполнения отдельных операций.

Управляющее устройство УУ – комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации. УУ принимает и расшифровывает команды, формирует адреса команд и операндов, формирует последовательность управляющих сигналов и обеспечивает координацию работы функциональных узлов посредством выдачи управляющих и синхронизирующих сигналов.

Как работает процессор, просто о сложном ✌

УУ по способу построения делятся на УУ с жесткой логикой и УУ с микропрограммным управлением.

Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения управляющей информации. Он содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом: регистры, хранящие информацию о состоянии процессора, регистр-счетчик адреса команд – счетчик команд, счетчики тактов, регистр запросов и т.д.

Блок регистровой памяти (местная память) небольшой емкости, но более высокого, чем ОП, быстродействия, предназначен для повышения быстродействия и логических возможностей процессора. Регистры этого блока используются для хранения операндов, в качестве аккумуляторов (регистров результата операций), базовых и индексных регистров, указателя стека. В некоторых процессорах базовые и индексные регистры входят в состав управляющих регистров.

Блок связи (интерфейс процессора) организует обмен информацией процессора с ОП и защиту участков ОП от недозволенных данной программе обращений, а также связь процессора с периферийными устройствами ПУ и внешним по отношению к ЭВМ оборудованием (др. ЭВМ и т.д.).

Блок связи с ОП

Команды операнды (из ОП)

Источник: studfile.net

домашнее задание

Процессор – это блок, предназначенный для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения.

Название «процессор» происходит от английского глагола «to process» – обрабатывать. Иными словами, процессор – это блок компьютера, который автоматически обрабатывает информацию по заданной программе.

Процессор, изготовленный в виде большой или сверхбольшой интегральной схемы (БИС, СБИС), называется микропроцессором.

Любой процессор обязательно включает в себя две важные части, каждая из которых решает свои задачи:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее обработку данных,
• устройство управления (УУ) , которое управляет выполнением программы и обеспечивает согласованную работу всех узлов компьютера.

Арифметико-логическое устройство

АЛУ не только выполняет вычисления, но и анализирует полученный результат. Обычно проверяется два свойства: равенство нулю (совпадение всех разрядов сумматора с нулем) и отрицательность результата . Результаты этого анализа заносятся в определенные биты регистра состояния процессора. Используя эти значения, можно сделать вывод об истинности или ложности условий R = 0, R ≠ 0, R > 0, R < 0, R ≥ 0, R ≤ 0, где R обозначает результат операции. Это позволяет организовать ветвления в программе, например, для неотрицательного числа вычислять квадратный корень, а иначе – выдать сообщение об ошибке.
Как правило, АЛУ работает только с целыми числами. Операции с вещественными числами выполняются в математическом сопроцессоре, который встроен внутрь современных микропроцессоров.

Устройство управления

• извлечение из памяти очередной команды;
• расшифровка команды, определение необходимых действий;
• определение адресов ячеек памяти, где находятся исходные данные;
• занесение в АЛУ исходных данных; управление выполнением операции;
• сохранение результата.

Регистры процессора

Кроме регистров АЛУ и УУ, в микропроцессоре есть много других регистров. Большинство из них – внутренние, они недоступны программисту. Однако есть несколько регистров, специально предназначенных для использования программным обеспечением. Их часто называют регистрами общего назначения (РОН), подчеркивая тем самым уни версальность их функций. В РОН могут храниться не только сами данные (числа, коды символов и т.д.), но и адреса ячеек памяти, где эти данные находятся.

Основные характеристики процессора

Как вы уже знаете, для организации выполнения команд в компьютере есть генера тор импульсов, каждый из которых «запускает» очередной такт машинной команды. Очеdblyj, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполняться операция. Следовательно, тактовая частота, измеряемая количеством тактовых импульсов в секунду, может быть характеристикой быстродействия процессора.

Тактовая частота – количество тактовых импульсов за одну секунду.

В настоящее время тактовая частота измеряется в гигагерцах, т.е. в миллиардах (109) импульсов за секунду. Эту частоту нельзя установить сколь угодно высокой, поскольку процессор может просто не успеть выполнить действие очередного такта до прихода следующего импульса.
Другая характеристика, позволяющая судить о производительности процессора, – это его разрядность.
Разрядность – это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обрабатывать за одну команду.

Чаще всего разрядность определяют как размер регистров процессора в битах. Однако, важны также разрядности шины данных и шины адреса, которые поддерживает процессор. Разрядность шины данных – это максимальное количество бит, которое может быть считано за одно обращение к памяти. Разрядность шины адреса – это количество адресных линий; она определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Этот объем памяти часто называют величиной адресного пространства, он вычисляется по формуле 2R , где R – количество разрядов шины адреса.
Все три разрядности могут не совпадать. Так, у процессора Pentium II были 32- разрядные регистры, разрядность шины данных – 64 бита, а шины адреса – 36 бит.

Система команд процессора

• команды передачи (копирования) данных;
• арифметические операции;
• логические операции, например, «НЕ», «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ»;
• команды ввода и вывода;
• команды переходов.

• процессоры с полным набором команд (англ.CISC=Complex Instruction Set Comput- er);
• процессоры с сокращенным набором команд (англ. RISC = Reduced Instruction Set Computer).

1. код операции 81C обозначает сложению регистра с константой;
2. первый операнд 2 – это условное обозначение регистра DX;
3. константа 0101, которая добавляется к регистру.

Источник: sysoevaa.blogspot.com

Презентация на тему Центральный процессор. Устройство управления

Устройство управленияЧтобы обеспечить автоматические вычисления по программе, процессор должен уметь выполнять еще ряд дополнительных действий:извлекать из памяти очередную команду;расшифровывать ее и преобразовывать в последовательность стандартных элементарных действий;заносить в АЛУ исходные данные;сохранять

• Главная
• Информатика
• Центральный процессор. Устройство управления

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Тема урока: Центральный процессор. Устройство управления

Слайд 2Устройство управления

Чтобы обеспечить автоматические вычисления по программе, процессор должен уметь

выполнять еще ряд дополнительных действий:

извлекать из памяти очередную команду;
расшифровывать ее

и преобразовывать в последовательность стандартных элементарных действий;
заносить в АЛУ исходные данные;
сохранять полученный в АЛУ результат;
обеспечивать синхронную работу всех узлов машины.

Для выполнения этих функций служит устройство управления (далее УУ).

УУ содержит несколько важных регистров для хранения информации, необходимой в ходе выполнения текущей команды.

Регистр команды – служит для размещения текущей команды, которая находится в нем в течение текущего цикла процессора.

Кроме этого, имеются регистры, содержащие адрес команды, счетчик адреса команды, адреса операндов, операнды и результаты выполнения команды.

Слайд 3Устройство управления процессора предназначено для обеспечения автоматического выполнения заданной программы

решения задач путем принудительной координации работы всех остальных устройств машины

управления (УУ) является функционально наиболее сложным устройством ПК — оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций (КШИ) во все блоки машины.

Упрощенная функциональная схема УУ показана на рисунке.

Слайд 4Укрупненная функциональная схема УУ

1. регистр команд — запоминающий регистр, в

котором хранится код команды: код выполняемой операции (КОП) и адреса

операндов, участвующих в операции; регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд;

2. дешифратор операций — логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд КОП один из множества имеющихся у него выходов;

3. постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микропрограмм хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК процедур операций обработки информации; импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с КОП проводу считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов;

4. узел формирования адреса (находится в интерфейсной части МП) — устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП;

5. кодовые шины данных, адреса и инструкций — часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора.

В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

выборки из регистра-«счетчика адреса команды» МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;

расшифровки КОП и признаков выбранной команды.

Слайд 5Стек (англ. stack — стопка) — структура данных, представляющая собой

список элементов, организованных по принципу LIFO (last in — first

out, «последним пришёл — первым вышел»).

Чаще всего принцип работы стека сравнивают со стопкой тарелок: чтобы взять вторую сверху, нужно снять верхнюю.

В цифровом вычислительном комплексе стек называется магазином — по аналогии с магазином в огнестрельном оружии (стрельба начнётся с патрона, заряженного последним)

В 1946 Алан Тьюринг ввёл понятие стека. А в 1957 году немцы Клаус Самельсон и Фридрих Л. Бауэр запатентовали идею.

Слайд 6Использование стека
Стек вызовов может использоваться для различных нужд, но основное

его назначение — отслеживать место, куда каждая из вызванных процедур

должна вернуть управление после своего завершения. Для этого при вызове процедуры (командами вызова) в стек заносится адрес команды, следующей за командой вызова («адрес возврата»). По завершении вызванная процедура должна выполнить команду возврата для перехода по адресу из стека.

Слайд 7Использование стека в многозадачных системах

В многозадачных системах, каждая задача как

правило имеет свой собственный стек, и при переключении задачи указатель

стека процессора переставляется на него.

Аппаратный стек (Hardware stack)
Аппаратный стек — непрерывная область памяти, адресуемая специальными регистрами ESP (указатель стека) и SS (селектор сегмента стека).

До использования стека он должен быть инициализирован так, чтобы регистры SS:ESP указывали на область реальной оперативной памяти (стек в ПЗУ, естественно, работать не может).
Прикладные программы, как правило, от операционной системы получают готовый к употреблению стек. В защищенном режиме сегмент состояния задачи содержит четыре селектора сегментов стека (для разных уровней привилегий), но в каждый момент используется, естественно, только один стек.
Стек применяется в случаях, когда необходимо организовать прерывания вызовов и возвратов(см. локальная область видимости у функций в СИ-подобных языках), либо в случаях, когда нужно организовать временное хранилище данных места в памяти(переменные, параметры функции).

Слайд 8Программный стек

Программный вид стека используется для обхода структур данных, например,

дерево или граф. При использовании рекурсивных функций также будет применяться

стек, но аппаратный его вид. Кроме этих назначений стек используется для организации стековой машины.

Для отслеживания точек возврата из подпрограмм используется стек вызовов.

Арифметические сопроцессоры, программируемые микрокалькуляторы и язык Forth используют стековую модель вычислений.

Идея стека используется в стековой машине среди стековых языков программирования.

Источник: theslide.ru