Итак, в качестве основных компонент МП можно выделить: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), кэш-память, систему прерывания (СПр), устройство управления общей шиной (УОШ) – системным интерфейсом и специальные регистры. УУ служит для управления работой всех узлов МП. УУ вырабатывает и передает другим компонентам МП и узлам ПК управляющие и синхронизирующие сигналы. Система синхронизации ПК базируется на кварцевом тактовом генераторе (ТГ). При включении ПК кварцевый генератор, имеющий строго определенные размеры, начинает вибрировать с постоянной частотой, достигающей до 3000Мгц и более. Каждое колебание ТГ генерирует импульс напряжения. Эти регулярно повторяющиеся импульсы совместно с другими сигналами управляющих схем задают темп работы всех компонент системной платы и обеспечивают синхронное срабатывание различных ее электронных элементов. Для передачи синхро и управляющих сигналов служит специальная шина управления (ШУ). Итак, блок УУ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, запускающих выполнение соответствующей последовательности микрокоманд (МК).Эти микрокоманды реализуют текущую команду. Кроме этого УУ координирует работу всех устройств ЭВМ, посредством посылки управляющих сигналов, при этом обеспечивается обмен данными между ЦП и ОП, хранение и обработка информации, интерфейс с пользователем, тестирование, диагностика и т.д. Поэтому УУ можно рассматривать как отдельный блок ЦП. Однако на практике большинство управляющих схем распределены по всей ЭВМ. Они связаны между собой большим числом управляющих линий, по которым передаются сигналы для синхронизации операций во всех устройствах ЭВМ и принимаются сигналы о состоянии устройств ЭВМ.
АЛУ предназначено для выполненияарифметических и логических операций над данными и адресами памяти, которые хранятся в регистрах общего назначения (РОНах) и специальных регистрах. Регистры представляют собой сверх оперативную память, работающую со скоростью работы процессора. Вся обрабатываемая и передаваемая информация передается по шине данных (ШД). Эта шина связывает все основные узлы системной платы, кроме ТГ. АЛУ работает под управлением УУ. АЛУ выполняет арифметические операции над бинарными числами с фиксированной и плавающей точкой, над десятичными числами, производит обработку символьной информации над словами фиксированной и переменной длины и др. Логические операции производятся над отдельными битами, байтами и их последовательностями. Тип выполняемой АЛУ операции определяется текущей командой, работающей в данный момент программы. АЛУ служит для выполнения любой операции, которую задает УУ. В общем случае обрабатываемая информация состоит из слов, содержащих фиксированное число битов (например, 8, 16, 32, 64, 128 бит). В этом случае АЛУ должно иметь возможность производить операции над n – битными словами. Данные, которые в этом случае называются операнды, поступают из ОП на регистры АЛУ, а УУ указывает операции, которую надо произвести над операндами. Результат каждой арифметическо-логической операции сохраняется в специальном регистре, который называется сумматором и является основным регистром для арифметическо-логических операций. ЭВМ имеет несколько сумматоров. Если сумматоров больше четырех, они выделяются в специальную группу регистров общего назначения (РОНов).
Кэш-память или сверхоперативная память – это очень быстрое запоминающее устройство, которое используется при обмене данными между процессором и ОП для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и менее быстродействующей ОП.
Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны «попадания» и «промахи». Если в кэш-память подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если требуемая информация в КЭШе отсутствует, то процессор считывает ее непосредственно из ОП. Соотношение попаданий и промахов определяет эффективность кэширования. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоемких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня. Кроме этого, на системной плате может быть установлен кэш второго уровня.
Система прерываний. Система прерываний позволяет прерывать работу МП практически в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего в данный момент запроса, или постановки его в очередь прерываний. В основе системы прерываний лежит специальный регистр (регистр состояний) который описывает состояние МП, т.е. запоминает состояние процессора в момент прихода прерывания. После обработки прерывания СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса обработки с точки, непосредственно следующей за точкой прерывания.
Конструктивно процессор состоит из ячеек, данные в ячейках могут храниться и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Данные, попавшие в некоторые регистры не как данные, а как команды, управляют обработкой данных в других регистрах. С остальными устройствами, в первую очередь с ОП, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три - шина данных, адресная шина и командная шина.
