Тема 3. Обробка даних

1. Центральний процесор.

Мікросхема комп'ютера, яка контролює процес роботи з даними називається центральним мікропроцесором, або ЦПУ (часто використовується термін процесор)

У комп'ютерах середини ХХ століття мікропроцесори були великими елементами, які складалися з кількох шасі електронної схеми, що підкреслювало важливість елементу

Однак, розвиток технологій суттєво зменшив розміри цього пристрою

Сучасні ЦПУ (такі як Pentium, Celeron, iCore, що випускаються компанією Intel та Athlon, що випускається компанією AMD) розміщуються як невеликі прямокутники (розміром 5х5 см), які мають спеціальні ніжки для приєднання до головної плати комп'ютера (материнської плати)

2)Регістри центрального процесора і кеш пам'ять.

ЦПУ складається з двох частин: арифметично-логічного пристрою (АЛП), який містить схему обробки даних (напр. додавання та віднімання),

та вузол управління, який містить схему управління роботою комп'ютера.

Для тимчасового зберігання інформації, ЦПУ використовує комірки або регістри, які концептуально схожі на комірки головної пам'яті

Такі регістри діляться на дві групи: регістри загального призначення та регістри спеціального призначення

Регістри загального призначення використовуються для зберігання даних, які використовуються процесором

Ці регістри містять вхідні дані для АЛП та забезпечують зберігання результатів роботи даного елементу

Щоб провести операцію над даними, які знаходяться у загальній пам'яті, вузол управління передає дані з пам'яті до регістрів загального призначення,

інформує АЛП у яких регістрах зберігаються дані,

активізує відповідну схему АЛП, та

інформує АЛП до якого регістру потрібно зберегти результат

3) Інтерфейс між центральним процесором та основною пам’яттю.

Для передачі шаблону бітів, ЦПУ та основна пам'ять з'єднуються між собою за допомогою набору провідників, який називається шиною (Рис. 3.1)

Через шину, ЦПУ отримує (зчитує) дані з основної пам'яті, подаючи живлення на адресу відповідної комірки пам'яті

та вказуючи схему пам'яті, яка відповідає за отримання даних із зазначеної комірки

Аналогічно, ЦПУ розміщує (записує) дані у пам'ять надаючи адресу комірки призначення та дані, які буде до неї записано, разом із відповідним електричним сигналом

останній вказує основній пам'яті зберегти надіслані дані

Базуючись на такому розміщенні, задача додавання двох значень, які зберігаються у основній пам'яті потребує більше затрат ніж проста операція додавання

Насправді, повний процес додавання двох значень, які зберігаються у пам'яті можна зобразити за допомогою 5-и кроків, зображених на рис. 3.2

Підсумовуючи вищесказане, дані потрібно перенести з основної пам'яті до регістрів ЦПУ,

їх значення повинні додаватися, а результат зберігається в регістрі

з регістру результат записується в комірку пам'яті

4) Машинні процедури та cisc-і risc-архітектура комп'ютерів

Рівень, на якому проектування машини зазнало переваг даного факту, привів до двох філософії щодо архітектури процесора

Перша з них стверджує, що процесор повинен бути розроблений, щоб виконати мінімальний набір машинних команд

Такий підхід призводить до створення скороченого набору інструкцій (reduced instruction set computer (RISC))

Аргументом на користь RISC-архітектури є те, що такої машини є ефективним і швидкими

З іншого боку, є багато відгуків про користь процесорів які здатні виконувати велику кількість складних інструкцій, навіть з технічно надлишковістю

Результатом такого підходу є складний набір інструкцій комп'ютера (complex instruction set computer (CISC)

Аргументом на користь архітектурі CISC є те, що більш складний процесор легше програмувати, тому що одна команда може бути використана для виконання завдань, які вимагатимуть кількох послідовностей команд в наборі RISC