4 Розділ

1. Місце процесора в комп'ютері та його функції. Процесор - це центральний пристрій комп'ютера. Він виконує задані програмою перетворення інформації та здійснює керування всім обчислювальним процесом і взаємодією складових частин комп'ютерної системи. Основною функцією процесора як центрального пристрою комп'ютера є виконання послідовності команд, які зберігаються в основній пам'яті. Послідовність операцій, необхідних для виконання однієї команди, називається командним циклом, який може бути поділений на дві основні фази: фазу вибірки та фазу виконання. Спочатку процесор вибирає команду з пам'яті в рамках.фази вибірки. Фаза виконання включає декодування команди, вибірку з основної пам'яті вказаних в команді операндів, виконання операції, яка вказана в полі коду операції команди, а також запам'ятовування результатів. Робота процесора в рамках командного циклу задається послідовністю мікрооперацій, які формує пристрій керування. Крім виконання арифметичних та логічних операцій, процесор керує роботою інших вузлів комп'ютера. Зокрема, він здійснює керування введенням-виведенням інформації, наприклад пересиланням даних між пристроями введення-виведення та основною пам'яттю.

2. Що таке командний цикл? Основою проектування структури процесора комп'ютера з простою системою команд є часова діаграма виконання команд з найбільшою складністю, до числа яких належить, зокрема, команда завантаження слова. Розглянемо цикл виконання команди вибірки з основної пам'яті (завантаження) слова LW R5, 16(R26). В комп'ютері D L X командний цикл поділений на п'ять фаз. Тому для виконання вказаної команди потрібно виконати наступні фази:

• вибрати зазначену команду з основної пам'яті (перша фаза виконання команди із назвою IF (Instruction Fetch);

• декодувати команду та вибрати операнди (друга фаза виконання команди із назвою ID (Instruction Detecting);

• виконати команду, тобто обрахувати виконавчу адресу операнда 16 + [R26] (третя фаза виконання команди із назвою EX (Execution);

• вибрати операнд із основної пам'яті (четверта фаза виконання команди із назвою MEM (Memory);

• переслати вибраний з основної пам'яті операнд до регістра R5 регістрового файла (п'ята фаза виконання команди із назвою WB (Write Back).

3. Дві основні фази командного циклу. Можна виділити дві фази виконання команди в процесорі: фаза вибірки та фаза виконання.Фаза вибірки передбачає вибірку вмісту комірки основної пам'яті, в якій зберігається команда, за значенням програмного лічильника ПЛ і засилання команди в РгК (РгК := [[ПЛ]]), а також прирощення ПЛ на одиницю: [ПЛ] := [ПЛ] + 1. Фаза виконання команди передбачає її дешифрування та виконання операцій, вказаних в коді операції команди. Для того, щоб побачити, як обидві фази виконуються в процесорі, розглянемо його основні операції, до виконання яких задіяні представлені на рис. 4.1 елементи.

4. Основні вузли процесора. Основні елементи процесора - арифметико-логічний пристрій, пристрій керування і регістрова пам'ять або, як її ще називають, надоперативний запам'ятовуючий пристрій. До складу регістрової пам'яті, в свою чергу, входять, як було показано в розділі З, наступні вузли - програмний лічильник, регістри: адреси, команди, даних, слова стану програми, а також регістровий файл, який складається з програмно доступних регістрів. Подібним чином і пристрій керування та арифметико-логічний пристрій поділяються на складові, які будуть розглянуті в наступних розділах. Залежно від зв'язків між функціональними вузлами процесора і організації їх взаємодії розрізняють кілька структур процесора. Далі будуть розглянуті структури, які знайшли використання в сучасних комп'ютерах.