Процессоры и их регистры. Общая информация

Типы данных. Их представление в компьютере

Основной и неделимой единицей данных является бит. Слово «bit» — это сокращение от «binary digit» — двоичная цифра. Бит может принимать два значения — 0 и 1 — ложь или истина, выключено или включено.

Биты (разряды) двоичного числа нумеруются справа налево, от наименее значимого до наиболее значимого. Нумерация начинается с 0. Самый правый бит числа — это бит с номером 0 (первый бит). Этот бит называется LSB-битом (Least Significant Bit — наименее значимый бит). Подобно этому самый левый бит называется MSB-битом (Most Significant Bit — наиболее значимый бит). Биты могут объединяться в группы, группа из четырех битов называется полубайтом (nibble).

Компьютер не работает с отдельными битами, обычно он оперирует группами битов, например, группа из восьми битов образует базовый тип данных, который называется байтом.

Большие группы битов называются словом (word) или двойным словом (dword — double word). Относительно PC-совместимых компьютеров мы можем сказать следующее:

1 байт = 8 бит

1 слово (word) ~ 2 байта = 16 бит

1 двойное слово (dword) = 4 байта ~ 32 бит

Один байт — это наименьшее количество данных, которое может быть прочитано из памяти или записано в нее, поэтому каждый байт памяти имеет индивидуальный адрес. Байт может содержать число в диапазоне 0 — 255. В большинстве случаев этого значения недостаточно, поэтому используется следующая единица данных — слово. Слово может содержать число в диапазоне 0 — 65 535. Двойное слово имеет диапазон значений 0 — 4 294 967 295.

Процессор — это кремниевая плата или «подложка» с логическими цепями, состоящими из транзисторов, скрытая в пластмассовом корпусе, снабженном контактными ножками (выводами, pin). Большинство ножек процессора подключено к шинам — шине адреса, шине данных и шине управления, связывающим чип процессора с остальной частью компьютера. Остальные ножки служат для подачи питания на сам чип. Каждая шина состоит из группы проводников, которые выполняют определенную функцию.

Это означает, что один проводник шины компьютера может «нести» один бит. Значение этого бита (1 или 0) определяется уровнем напряжения в проводнике. Значит, процессор с одной 16-разрядной шиной и одной 8-разрядной должен иметь 24 (16 и 8) ножки, соединенные с различными проводниками.

Процессор состоит из логических контуров. Эти цепи реализуют все модули, из которых процессор должен состоять согласно концепции фон Неймана: контроллер, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и регистры.

Контроллер управляет получением инструкций из памяти и их декодированием.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические действия над данными.

Для выполнения процессором инструкции необходимо намного меньше времени, чем для чтения этой инструкции из памяти. Чтобы сократить время ожидания памяти, процессор снабжен временным хранилищем инструкций и данных — регистрами. Размер регистра — несколько байтов, но зато доступ к регистрам осуществляется почти мгновенно.

Среди регистров обязательно должны присутствовать следующие группы: регистры общего назначения, регистры состояния и счетчики. Регистры общего назначения содержат рабочие данные, полученные из памяти. Регистры состояния содержат текущее состояние процессора (или состояние АЛУ). Последняя группа — это счетчики.