Инструменты пользователя

Инструменты сайта


examination:computer_science:question23

Вопрос №23 Принцип выполнения команд ЭВМ

Регистр процессора — сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная прежде всего для хранения промежуточных результатов вычисления (регистр общего назначения/регистр данных) или содержащая данные, необходимые для работы процессора — смещения базовых таблиц, уровни доступа и т. д. (специальные регистры).

Регистр представляет собой цифровую электронную схему, служащую для временного хранения двоичных чисел. В процессоре имеется значительное количество регистров, большая часть которых используется самим процессором и недоступна программисту. Например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд. Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем.

Адресация памяти вычислительных систем — метод указания на ячейку памяти, к которой производится доступ.

Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память.

Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более Кбайт) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт).

В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как собственно данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.


Подробнее о процессе работы с командами:

Команда- описание элементарной операции ЭВМ. Команды, как и операнды, представляются в машинном коде и хранятся в оперативной памяти. При работе команды обрабатываются устройством управления процессора, а операнды – арифметико-логическим устройством.

Арифмети́ческо-логи́ческое устро́йство (АЛУ) (англ. arithmetic and logic unit, ALU) — блок процессора, который служит для выполнения логических, в том числе и арифметических, преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.

АЛУ состоит из регистра операндов и сумматора.

Операнд (англ. operand) в языках программирования ― аргумент операции, данное, которое обрабатывается командой; грамматическая конструкция, обозначающая выражение, задающее значение аргумента операции; иногда операндом называют место, позицию в тексте, где должен стоять аргумент операции. Отсюда понятие местности, или арности, операции, то есть числа аргументов операции.

Сумматоры являются комбинационными схемами, выполняющими бинарную (двухоперандные), тринарную (трёхоперандные) или n-арную (n-операндную) логическую функцию сложения.

УУ(Блок управления памятью или устройство управления памятью (англ. memory management unit, MMU)) — компонент аппаратного обеспечения компьютера, отвечающий за управление доступом к памяти, запрашиваемым центральным процессором. Его функции заключаются в трансляции адресов виртуальной памяти в адреса физической памяти (то есть управление виртуальной памятью), защите памяти, управлении кеш-памятью, арбитражем шины и, в более простых компьютерных архитектурах (особенно 8-битных), переключением блоков памяти.

УУ состоит из счетчика команд и регистра команд.

Принцип выполнения команд ЭВМ

  • -выбор команды из памяти (счетчик команд передает адрес команды в память)
  • -команда из памяти возвращается в процессор на регистр команды (в регистре команд полученная команда разделяется на кодовую и адресную части)
  • -УУ расшифровывает команду (код команды поступает в УУ для выработки сигналов, настраивающих процессор на выполнение заданной операции, и для определения адреса следующей команды (который сразу заносится в счетчик команд). Адресная часть команды указывает, какую информацию выбрать из памяти. Выбранная из памяти информация вводится в арифметическое устройство (АУ). На этом заканчивается начинается выполнение операции в АЛУ.)
  • -регистр операндов записывает коды АЛУ
  • -УУ расшифровывает код операции, идет передача данных из памяти
  • -работа АЛУ (прием кода операнда, преобразование кода операнда, суммирование кодов двух операндов, сдвиг кода операнда, выдача кода результата.)
  • -результаты остаются в процессоре или идут в память (в каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции, процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться процессором, организуется ее выполнение по описанному циклу. Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, центральный процессор (ЦП) передает ее соответствующему устройству.)
examination/computer_science/question23.txt · Последние изменения: 2014/01/15 12:15 (внешнее изменение)