Структура микропроцессора

Назначение и структура процессора

Процессор — центральная часть ЭВМ, организующая ее работу по заданной программе. Процессор объединяет в себе АЛУ и ЦУУ, с помощью которых рабочая программа интерпретируется в вычислительный процесс. Структура процессора зависит от принятой в ЭВМ системы счисления, формата данных и команд, системы команд, способов адресации и организации вычислительного процесса и принципа управления им, а также метода контроля и диагностики работы ЭВМ (см. рис. 4.1.).

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) — совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающая выполнение арифметических и логических операций над операндами. Характер операции задается командой программы.

Центральное устройство управления (ЦУУ) - совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающая координирование работы всех устройств ЭВМ и управление ими для всех принятых в данной ЭВМ режимов работы. Процессор, АЛУ которого содержит один универсальный арифметическо-логический блок (АЛБ) для выполнения всех основных арифметических и логических операций, относят к процессорам универсального типа.

Процессор, АЛУ которого содержит несколько специализированных АЛБ, ориентированных на определенный тип выполняемых команд, относят к процессорам функционального типа.

По способу организации передачи и обработки информации различают процессоры последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия, по организации вычислительного процесса — на однопрограммные и мультипрограммные.

Процессоры последовательного и параллельно-последовательного действия применяют в тех случаях, когда к их быстродействию не предъявляют жестких требований. Модели процессоров имеют различные возможности для совмещения по времени работы отдельных функциональных блоков. Чем выше уровень совмещения, тем выше быстродействие процессора.

ШД

Внутренняя ШД

ШУ ША

Рис. 4.1.

Cache (запас) - обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью (буфер данных, буфер адреса). Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти - туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейки памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша. При записи в память значение попадает в кэш, и либо одновременно копируется в память (схема Write Through - прямая или сквозная запись), либо копируется через некоторое время (схема Write Back - отложенная или обратная запись). При обратной записи, называемой также буферизованной сквозной записью, значение копируется в память в первом же свободном такте, а при отложенной (Delayed Write) - когда для помещения в кэш нового значения не оказывается свободной области; при этом в память вытесняются наименее используемая область кэша. Вторая схема более эффективна, но и более сложна за счет необходимости поддержания соответствия содержимого кэша и основной памяти.