Конспект лекций по информатике и информационным технологиям

55 4.3.2. Процессор Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вы­ числения. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутрен­ ние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попав­ шие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Та­ ким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памя­ тью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основ­ ных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина. Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распростра­ нены в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих реги­ стров. Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов. Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя су­ ществуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные. Система команд процессора. В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных — как адресные данные, а часть — как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным се­ мействам, различаются по системе команд и невзаимозаменяемы. Процессоры с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная за­ пись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной коман­ ды, измеренная в тактах работы процессора. Так, например, система команд процессоров Intel Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие про­ цессоры называют процессорами с расширенной системой команд — CISC-процессорами (CISC — Complex Instruction Set Computing). В противоположность CZS'C-процессорам в середине 80-х годов появились процес­ соры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC—Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше, и каж­ дая из них выполняется намного быстрее. Таким образом, программы, состоящие из про­ стейших команд, выполняются этими процессорами много быстрее. Оборотная сторона