Центральный процессор эвм

Центральный процессор (ЦП) - электронный блок или схема, исполнитель машинных инструкций в процессе управления компьютером системой.

Главные характеристики ЦПУ:

1.) Тактовая частота.

2.) Производительность.

3.) Энергопотребление.

4.) Норма литографического процесса используемого при производстве

5.) Архитектура процессора.

Архитектуры процессоров:

1.) Архитектура Фон Неймана:

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров, в общем, основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных.

Этапы цикла выполнения:

• Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.

• Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.

• Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.

• Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает число, хранящееся в счётчике команд на длину выполненной команды; в результате там образуется адрес следующей команды.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом.

Особенностью Фон Неймановской архитектуры является то, что и команды и данные хранятся в одном адресном пространстве оперативной памяти.

2.) Конвейерная архитектура:

Конвейерная архитектура была введена с целью повышения быстродействия. Выполнение каждой команды разбивается на несколько ступеней:

1.) Выбор команды из памяти

2.) Декодирование команды

3.) Нахождение операндов в памяти

4.) Выполнение команды

5.) Запись результатов в память

После выполнения операции какой-либо ступенью, она освобождается и может начинать выполнять. Таким образом, в конвейере могут находиться на различных этапах выполнения несколько команд, это приводит к повышению быстродействию.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

• Простой конвейера, когда некоторые ступени не используются.

• Ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей.

• Очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Если процессор имеет один конвейер, такая архитектура называется скалярной.

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора путем увеличения числа исполнительных устройств.

CISC-процессоры:

Complex instruction set computer - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86.

RISC-процессоры:

Reduced instruction set computer - вычисления с упрощённым набором команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации.

Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операциях условных и безусловных переходов. Отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.

MISC-процессоры:

Minimum instruction set computer - вычисления с минимальным набором команд. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд.