Устройство центрального процессора

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) – это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

арифметико-логическое устройство;

шины данных и шины адресов;

регистры;

счетчики команд;

кэш – очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров (МП). Физически микропроцессор представляет собой интегральную систему – схему тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадь. Всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Структура микропроцессора

Микропроцессор состоит из дух основных частей:

операционной, содержащей устройство управления (УУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ).

интерфейсной, содержащей память, регистры общего назначения (РОН) и специальные регистры, порты ввода – вывода, схемы управления шинами и портами.

Операционная часть

УУ предназначено для выработки сигналов управления, поступающих по кодовым шинам инструкций (КШИ) во все блоки ЭВМ. В свою очередь УУ состоит из отдельных функциональных элементов:

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство микропрограмм;

ДО – дешифратор операций;

УФА – узел формирования адреса;

РК – регистр команд;

КША – кодовая шина адреса;

КШУ – кодовая шина управления.

Структурная схема УУ приведена на рисунке 7.6.

Алгоритм работы УУ следующий:

Сигнал управления поступает через шину КШУ и в регистре команд РК определяет код операции управления, а также часть адреса куда отправлена будет команда управления.

Дешифратор ДО в соответствии с кодом операции выбирает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих импульсов, которую передает на КШИ, формируя тем самым команду управления (инструкцию).

Одновременно с этим узел УФА вычисляет полный адрес ячейки памяти по данным, поступающим из РК и Памяти МП, а затем по шине КША отправляет адрес команды.

Все эти операции происходит синхронно с импульсами тактового генератора и, в зависимости от команды управления, могут занимать по времени несколько импульсов тактового генератора.

Команда управления

КШИ

Адрес

ПЗУ От Памяти команды

От тактового МП

генератора ДО УФА

Управление

РК КША

Код операции Адрес операндов

КШУ

Рисунок 7.6 – Структурная схема устройства управления