PROCESORY

CO TO JEST PROCESOR?

Procesor jest najważniejszą częścią komputera, jego
mózgiem i sercem, jest bardzo złożonym układem
elektronicznym, zwany jest również jednostką centralną
komputera, jest on odpowiedzialny za realizację jego
najważniejszych funkcji. Procesor składa się z milionów
tranzystorów upakowanych na niewielkim kawałku
krzemu. A krzem to nic innego jak czysty piasek, z tą
różnicą że krzem wykorzystywany do produkcji
procesorów jest super czysty, a proces czyszczenia i
drążenia w nim specjalnych ścieżek jest bardzo
skomplikowany.

DZIAŁANIE PROCESORA

Procesor wykonuje wszystkie polecenia i steruje
działaniem wszystkich urządzeń połączonych z
komputerem. Działa on zgodnie z programem, który
wraz z danymi jest przechowywany w pamięci, np. na
dyskietce, a w trakcie wykonywania jest ‘ściągany’ do
pamięci operacyjnej ( w całości lub częściowo ).
Szybkość działania komputera zależy w dużej mierze
od szybkości pracy procesora.

Procesor przetwarza informacje wykonując na niej
elementarne operacje nazywane instrukcjami lub
rozkazami. Ciąg instrukcji realizujący konkretne
zadanie nazywany jest programem. Proces jest
skomplikowanym automatem, który może wykonywać
kilkaset dosyć prostych czynności- tzn. rozkazów
maszynowych. Każdy rozkaz ma własny kod, liczbę
zapisaną w jednym lub kilku bajtach. Procesor pobiera z
pamięci kolejne bajty traktując je jako rozkazy lub dane
i na nich wykonuje zaprogramowane operacje

PODZIAŁ PROCESORA

Procesor dzieli się na dwie podstawowe jednostki:
wykonawczą i sterującą.

Zadaniem jednostki wykonawczej jest przetwarzanie
informacji, czyli wykonywanie operacji arytmetycznych i
logicznych. Rodzaj wykonywanych operacji zależy od
sygnałów sterujących przesyłanych przez jednostkę
sterującą.

W skład jednostki wykonawczej wchodzi:

• jednostka arytmetyczno-logiczna
• zestaw rejestrów, które z nią współpracują

Informacją wejściową do jednostki wykonawczej są dane
a informacją wyjściową wynik w postaci liczb tekstu
sygnałów sterujących pracą innych urządzeń.

W skład jednostki sterującej wchodzi:

• rejestr rozkazów
• dekoder rozkazów
• układ sterowania

W rejestrze rozkazów przechowywany jest kod aktualnie
wykonywanego rozkazu (instrukcji). W czasie
wykonywania programu procesor odczytuje kolejne
rozkazy, które następnie musi rozpoznać (dekodować).

Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor

należą:

• kopiowanie danych

– z pamięci do rejestru
– z rejestru do pamięci
– z pamięci do pamięci (niektóre procesory)
– (podział ze względu na sposób adresowania danych)

• działania arytmetyczne

– dodawanie
– odejmowanie
– porównywanie dwóch liczb
– dodawanie i odejmowanie jedności
– zmiana znaku liczby

• działania na bitach

– iloczyn logiczny - AND
– suma logiczna - OR
– suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR
– negacja - NOT
– przesunięcie bitów w lewo lub prawo

• skoki

– bezwarunkowe
– warunkowe

BUDOWA

Istnieje wiele rodzajów mikroprocesorów. Większość
z nich różni się częstotliwością zegara, wyrażoną w
megahercach. Im wyższa częstotliwość zegara tym
szybszy procesor

Wszystkie mikroprocesory zawierają podobne elementy

Układ sterowania i synchronizacji, który kontroluje pracę

procesora i wytwarza sygnały potrzebne do sterowania niektórymi
elementami komputera.

2. Arytmometr, czyli układ, który wykonuje operacje arytmetyczne
i logiczne (niektóre procesory mają kilka arytmometrów).

3. Rejestry, tj. układy pamięci.

4. Wbudowana pamięć podręczna (cache), która działa podobnie
do zewnętrznej pamięci RAM. Zapewnia ona, że procesor nie jest
zmuszony czekać na dane potrzebne mu do pracy.

5. Koprocesor matematyczny, który jest zestawem instrukcji
przeznaczonych do obsługi skomplikowanych operacji
matematycznych.

6. Wewnętrzne szyny łączące elementy procesora.

SCHEMAT BLOKOWY PROCESORA

Oznaczenia

RAM (Random Acces Memory) – pamięć operacyjna
BU (Bus Unit)- układ zarządzający magistralami
AU ( Addresing Unit)- układ obliczania adresu połączony z MMU
MMU (memory Management Unit)- układem zarządzania pamięcią
IU (Instruction Unit)- dekoder instrukcji
EU (Execution Unit) –moduł wykonawczy zawiera ALU, FPU
ALU (Aritmetic-Logic Unit)-jednostkę arytmetyczno-logiczną
FPU (Floating Point Unit) jednostkę zmiennoprzecinkową
ALU – układ ten jest często nazywany układem wykonawczym
procesora, ponieważ wykonuje on większość rozkazów zlecanych
procesorowi. Blok ALU jest układem, który realizuje różne funkcje
w zależności od zaprogramowanej operacji, tj. rozkazu
umieszczonego w programie. Argumentami tych rozkazów są słowa
binarne. Rozkazy te mogą dotyczyć operacji artretycznych
(dodawanie i odejmowanie) lub logicznych (sumowanie, mnożenie
itp.).

REJESTRY

Zarówno jednostka arytmetyczno-logiczna jak i jednostkę
zmiennoprzecinkową musi współpracować z określonym
zestawem rejestru. Zawartość pewnej części rejestru może
być zmieniona w wyniku wykonania przez procesor
określonej instrukcji. Rejestry takie nazywamy rejestrami
dostępnymi programowo. W grupie tych rejestrów
występują takie typy rejestrów, których odpowiedniki
znajdują się praktycznie w każdym mikroprocesorze. Ich
pojemność lub ilość możne się zmieniać jednak
zastosowanie i wykonane zadanie pozostają takie same.

  A – akumulatory
  B,C,D,E,H,L – rejestry robocze
  SP -  wskaźnik stosu
  F – rejestr flagowy
  PC – licznik rozkazów

Akumulator - jest to rejestr, który zawiera jeden z argumentów
wykonywanej operacji i do którego ładowany jest wynik
wykonywanej operacji.

Rejestr flagowy – zawiera dodatkowe cechy wyniku
wykonywanej operacji, które potrzebne są do podjęcia decyzji o
dalszym sposobie przetwarzania informacji. Cechami tymi mogą
być: znak wyniku, przekroczenie zakresu, parzysta lub
nieparzysta liczba jedynek. Wystąpienie kreślonej cechy
sygnalizowane jest ustawieniem lub wyzerowaniem określonego
bitu w rejestrze flagowym.

Licznik rozkazów – jest jednym z istotniejszych rejestrów,
dzięki któremu procesor potrafi pobierać kolejne rozkazy do
wykonania. Licznik rozkazów zawiera adresy komórki pamięci,
w której przechowywany jest kod rozkazu przeznaczony do
wykonania jako następny.

Oprócz tego procesor ma kilka (kilkanaście) rejestrów

używanych w czasie wykonania niektórych rozkazów np.
wskaźnik stosu służący do adresowania pamięci. Stosem
nazywamy wyróżniony obszar pamięci, używany według
następujących reguł:
• Informacje zapisane są na stos do kolejnych komórek,
przy czym żadnego adresu nie wolno pominąć
• Informacje odczytuje się w kolejności odwrotnej do
zapisu
• Informacje odczytujemy z ostatnio uzupełnianej komórki
natomiast zapisujemy do pierwszej wolnej.

Stos jest wydzielonym miejscem w pamięci w którym
obowiązuje zasada: „ostatni wchodzi pierwszy wychodzi”.