ВУЗ:
2. ОБРАБОТКА ДАННЫХ
В главе 1 мы познакомились с методами хранения данных и организацией памяти компьютера. Кроме способности хра-
нить данные, компьютер должен обладать способностью обрабатывать их так, как это предписано алгоритмом. Это значит,
что машина должна иметь средства выполнения операций над данными и средства контроля последовательности этих опе-
раций. Такие задачи выполняются устройством, которое называется центральным процессором. Изучению именно этого
устройства и связанных с ним вопросов посвящена данная глава.
2.1. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР
Состав центрального процессора. Электронные цепи типичного компьютера, предназначенные для выполнения раз-
личных операций с данными (например, сложения или вычитания), обычно не связаны с ячейками основной памяти напря-
мую. Все эти цепи размещаются в изолированной части компьютера, которая называется центральным процессором (Central
Processing Unit – CPU), или ЦП (часто просто процессор). Данное устройство состоит из двух частей: арифметико-
логического блока (arithmetic/logic unit), включающего схемы для обработки данных, и блока управления (control unit), кото-
рый содержит схемы, координирующие деятельность всей машины.
Для временного запоминания информации в ЦП имеются ячейки, называемые регистрами (registers), которые похожи на
ячейки основной памяти. Их можно разделить на регистры общего назначения (general-purpose registers) и специальные регистры
(special-purpose registers). Обсуждение специальных регистров приводится в разделе 2.3; в этом разделе мы ограничимся изу-
чением работы регистров общего назначения.
Регистры общего назначения используются для временного хранения данных, обрабатываемых в ЦП. В них сохраняют-
ся входные данные для схем арифметико-логического блока. Кроме того, эти регистры используются для размещения ре-
зультатов, полученных при выполнении операций. Для обработки информации, сохраняемой в основной памяти машины,
блок управления должен организовать передачу данных из памяти в регистры общего назначения, а также указать арифме-
тико-логическому блоку, в каких регистрах содержатся необходимые входные данные, активизировать соответствующие
электронные цепи в этом блоке, а также указать арифметико-логическому блоку тот регистр, в который должен быть поме-
щен результат.
Полезно будет рассмотреть назначение регистров с точки зрения общих функций памяти компьютера. Регистры предна-
значены для хранения тех данных, с которыми машине необходимо работать непосредственно сейчас, основная память ис-
пользуется для хранения тех данных, которые понадобятся для работы в ближайшем будущем, а массовая память применя-
ется для хранения данных, с которыми в ближайшее время вряд ли потребуется работать.
Во многих машинах к этой иерархической структуре присоединен дополнительный уровень, который называется
сверхоперативной памятью (кэш). Кэш – это раздел высокоскоростной памяти с временем доступа, сравнимым со временем
доступа к регистрам центрального процессора. Часто кэш непосредственно входит в состав ЦП. В эту специальную область
памяти машина стремится скопировать именно ту часть основной памяти, в которой содержатся данные, необходимые для
работы на данный момент. В этом случае обмен данными будет осуществляться не между регистрами и основной памятью,
как это обычно бывает, а между регистрами и кэшем. Затем, в подходящий момент, все выполненные изменения одновре-
менно передаются в основную память машины.
Интерфейс между ЦП и основной памятью. Для передачи битовых комбинаций между ЦП и основной памятью ма-
шины эти устройства соединяются группой проводов (рис. 2.1), которая называется шиной (bus). Именно через эту шину
центральный процессор извлекает (или считывает) данные из основной памяти, направляя в нее адрес необходимой ячейки
памяти вместе с сигналом считывания. Аналогичным образом ЦП помещает (или записывает) данные в память, указав адрес
ячейки назначения и записываемую информацию, сопровождаемые сигналом записи.
Получив представление об этом механизме, можно понять, что даже такая простая операция, как сложение данных, со-
храняемых в основной памяти машины, включает гораздо больше действий, чем собственно выполнение операции сложе-
ния. Такая процедура требует согласованных совместных действий как блока управления, координирующего передачу ин-
формации между регистрами и основной памятью, так и арифметико-логического блока, выполняющего собственно опера-
цию сложения по команде, поступающей от блока управления. Весь процесс сложения двух сохраняемых в основной памяти
чисел можно разделить на пять этапов (рис. 2.2).
Рис. 2.1. Соединение центрального процессора и основной памяти
с помощью шины
Центральный процессор
Основная память
Шина
Регистры
Блок
управления
Арифметико-
логический блок
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- …
- следующая ›
- последняя »
