 |
Арифметико-логическое устройство
|
|
|
|
Лекция 4. Аппаратные компоненты персональных ЭВМ (структура ПЭВМ; системная шина; центральный процессор; внешняя и внутренняя память; внешние устройства; внешние запоминающие устройства; внешние устройства ввода-вывода; видеосистемы).
МИКРОПРОЦЕССОРЫ
Процессор- это блок ЭВМ, предназначенный для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения. «Process» - обрабатывать.
Процессор во многом определяет возможности и производительность ЭВМ
Первоначально процессор изготавливался из отдельных деталей и его размеры были весьма значительными. Наиболее впечатляюще выглядел процессор ЭВМ серии ЕС (Единая Система ЭВМ относится к третьему поколению). Он представлял собой отдельный шкаф, размеры которого соизмеримы с человеком. Например:
1. Электронная вычислительная машина ЕС-1015.
| ||
| Общий вид ЭВМ ЕС-1015 |
2. Год начала выпуска: 1980.
6. Год прекращения производства – вторая половина 80-х.
7. Область применения: электронная вычислительная машина общего назначения ЕС-1015 являлась составной частью Единой системы ЭВМ стран социалистического сотрудничества. Будучи самой малой машиной семейства ЕС ЭВМ – 2, она хорошо подходила для научных и экономических расчетов относительно небольшого объема, помогая автоматизировать обработку информации в малых предприятиях и небольших подразделениях крупных предприятий. Машина имела полную совместимость снизу вверх с другими машинами ЕС ЭВМ.
Центральный процессор размещался в одной стандартной стойке ЕС ЭВМ. Площадь, занимаемая полным комплектом ЭВМ, составляла 35 кв. м.
В то время считалась, что машина имеет малые габаоиты.
Прогресс в области микроэлектроники привел к тому, что весь процнссор удалось разместить внутри одного кристалла. Таки образом, он стал отдельной самостоятельной микросхемой и получил новое название – микропроцессор. Так выглядит типичный современный микропроцессор (здесь Celeron). Размер корпуса больше самого процессора за счет металлических выводв, которыми он крепится плате. Собственно кристалл значительно меньше и имеет размер порядка 1 см.
|
|
|
ТИПЫ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Общая характеристика
Микропроцессор выполняет следующие функции:
- чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
- чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
- прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
- обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
- выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.
Все микропроцессоры можно разделить на три группы:
- МП типаCISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;
- МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд;
- МП типа MISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием (в настоящее время зги модели находятся в стадии разработки). (в настоящее время находятся в стадии разработки)
Микропроцессоры типа CISC
Большинство современных ПК типа IBM PC (International Business Machine) используют МП типа CISC. Intel овские – типа CISC. Для этой архитектуры характерен набор сложных команд неодинаковой длины с большим количеством методов адресации к памяти.
Микропроцессоры типа RISC
Микропроцессоры типа RISC содержат набор только простых, чаше всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых. В этих МП на выполнение каждой простой команды за счет их наложения и параллельного выполнения тратится 1 машинный такт (на выполнение даже самой короткой команды из системы CISC обычно тратится 4 такта).
|
|
|
Современные RISC МП (80860, 80960, 80870, Power PC) являются 64-разрядными при быстродействии до 150 млн. оп./с. Микропроцессоры Power PC (Performance Optimized With Enhanced RISC PC) весьма перспективны и уже сейчас широко применяются в машинах-серверах и в ПК типа Macintosh.
Микропроцессоры типа RISC имеют очень высокое быстродействие, но программно не совместимы с CISC-процессорами: при выполнении программ, разработанных для ПК типа IBM PC, они могут лишь эмулировать (моделировать, имитировать) МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной производительности.
CISC– используются в универсальный компьютерных системах
RISC – в специализированных
Кроме того, в последнее время компания AMD изготавливает МП AMD-K6, который имеет гибридную архитектуру.
СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА
Основными устройствами П. являются УУ и АЛУ
Арифметико-логическое устройство
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.
Функционально АЛУ состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).
 |  |  |  |  | |||||
Кодовая шина данных Кодовая шина инструкций
Функциональная схема АЛУ
Сумматор - вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов
Регистры - быстродействующие ячейки памяти, в которые помещаются исходные данные.
Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.
Рассмотрим логику сложения двух чисел: слагаемые помещаются в регистры. В сумматор копируется первое слагаемое, а затем прибавляется второе. Результата получается в сумматоре. Его можно либо записать в память, либо использовать для дальнейших вычислений.
АЛУ выполняет арифметические операции (+, -, *,:) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. только над целыми двоичными числами.
|
|
|
Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой осуществляется с привлечением математического сопроцессора
Важная функция АЛУ – анализ полученного после выполнения команды результата. Обычно проверяется два свойства – равенство или неравенство нулю и отрицательность или не отрицательность результата. Этих двух признаков хватает, чтобы скомбинировать любое из шести (<, >, =, <>, <=, >=) математических соотношений неравенства двух чисел (действительно, если при вычитании двух чисел получили отрицательный результат, значит первое число меньше второго). Результаты описанного анализа сохраняются в виде отдельных битов в особом регистре, который называют регистр флагов.
! АЛУ может лишь принять извне готовые числа и получить результат действия над ними. Для того, чтобы найти нужные числа и сохранить результат, в процессоре существует УУ.
Устройство управления
Устройство управления является функционально наиболее сложным устройством ПК. Оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины.
В состав УУ входит несколько важных регистров для хранения информации, необходимой в ходе выполнения текущей команды.
Наиболее важные из них – счетчик адреса очередной команды и регистр команд, в котором хранится код выполняемой в данный момент операции.
В общем случае УУ:
- Извлекает из памяти очередную команду;
- Расшифровывает ее и преобразовывает в последовательность стандартных элементарных действий
- Заносит в АЛУ исходные данные;
- Сохраняет полученный в АЛУ результат;
- Обеспечивает синхронную работу всех узлов машины
|
|
|
