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

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: 1. арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее обработку данных, 2. устройство управления (УУ), которое управляет выполнением программы и обеспечивает согласованную работу всех узлов компьютера.

Функциональная схема АЛУ

В простейшем случае АЛУ состоит из двух регистров, сумматора и схем управления операциями. При выполнении операций в регистры помещаются исходные данные, а в сумматоре они складываются.

Все арифметические операции в компьютере могут быть тем или иным способом сведены к сложению. Тем не менее, нередко для ускорения умножения и деления инженеры идут на усложнение АЛУ. Например, в процессорах широко используется метод умножения чисел с использованием таблиц, в которых записаны готовые произведения небольших чисел.

Как правило, АЛУ работает только с целыми числами. Операции с вещественными числами выполняются в математическом сопроцессоре, который встроен внутрь современных микропроцессоров.

Главная задача устройства управления – обеспечить автоматическое выполнение последовательности команд программы в соответствии с основным алгоритмом работы процессора.

Основной алгоритм работы процессора: 1) из ячейки памяти, адрес которой записан в счетчике адреса команд, выбирается очередная команда программы; 2) значение счетчика адреса команд увеличивается так, чтобы он указывал на следующую команду; 3) выбранная команда выполняется; 4) далее весь цикл повторяется сначала.

Устройство управления выполняет следующие действия : 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.

Помимо АЛУ и УУ, в микропроцессоре есть регистры. Большинство из них – внутренние, они недоступны программисту. Регистры общего назначения служат для промежуточного хранения информации во время ее обработки.

Для организации выполнения команд в компьютере есть генератор импульсов, каждый из которых «запускает» очередной такт машинной команды. Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполняться операция.

Тактовая частота – количество тактовых импульсов за одну секунду.

Приближенно можно считать, что процессор выполняет за один такт одну простую команду. Тогда при тактовой частоте 4 ГГц за 1 сек выполняется около 4 миллиардов таких операций.

Разрядность – это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обрабатывать за одну команду.

Разрядность процессора включает в себя : 1.Разрядность внутренних регистров процессора (m). 2.Разрядность шины данных (n). 3.Разрядность шины адреса (k). Таким образом разрядность процессора можно записать как m/n/k.

Разрядность шины данных – это максимальное количество бит, которое может быть считано за одно обращение к памяти.

Разрядность шины адреса – это количество ячеек памяти к которым имеет доступ процессор.

Доступное адресное пространство находится по формуле 2 ^k.

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.

Архитектура процессора – это принцип действия процессора, состав и взаимное соединение основных его узлов, а также система команд процессора.

Процессор Разрядно - модульный ( из нескольких микроскем ) Однокристальный ( в виде одной микросхемы )

Каждая модель процессора имеет собственную систему команд. Поэтому, как правило, процессоры могут выполнять только программы, написанные специально для них. Тем не менее, обычно новые процессоры одной и той же серии (например, процессоры Intel) поддерживают все команды предыдущих моделей.

Существует два основных подхода к построению системы команд процессора : процессоры с полным набором команд ( англ. CISC = Complex Instruction Set Computer); процессоры с сокращенным набором команд ( англ. RISC = Reduced Instruction Set Computer).