Български English [beta]
Здравей, гостенино. (вход, регистрация)
Екип Партньори Ресурси Статистики За контакт
Добави в любимиПредложи статияКонкурсиЗа рекламодатели
Начало
Форум
Към Кратки
Всички статии
 Литература
 Музика
 Филми и анимация
 На малкия екран
 Публицистика
 Популярни
 Кулинария
 Игри
 Спорт
 Творчество
 Други
Ключови думи
Поредици
Бюлетин

Търсене

Сивостен :: Компютърът: Микропроцесор (статия) - Компютри, Хардуер, Микропроцесор
Компютърът: Микропроцесор

Поредици: Хардуер

Автор: Иван Ж. Атанасов, петък, 19 декември 2008.

Публикувано в Статии :: Популярни; Предложи Гледна точка

Намали размера на шрифтаУвеличи размера на шрифта

Микропроцесорът е на практика сърцето на компютъра. Заедно с паметта, те са двете основни звена на всяка модерна архитектура, базирана на модела на фон Нойман. Как обаче работи? Всъщност независимо дали е AMD или Intel, процесорът работи по един и същ начин, поне по отношение на основните принципи. И точно тях ще разгледаме в този материал. Така че ако някога сте се чудили какво прави този мъничък чип с голямо охлаждане, настоящата статия ще ви запознае накратко с технологията, която позволява на компютъра да си върши работата, независимо дали тя е четене, писане, слушане, гледане или пък игра.

Какво му е толкова забележително на микропроцесора? Преди да се появи първият процесор на Интел, а именно 4004 през 1971 г., цялата изчислителна работа, се е извършвала от множество отделни компоненти. Какво ще рече това – куп транзистори, свързани с жици, всеки един самостоятелен, са се грижели за цялата работа, извършвана в момента от един единствен чип. Както се досещате, това е водело до доста обемисти дизайни и е изключвало масовата употреба на компютрите.

Всъщност самият 4004 няма отношение към индустрията извън факта, че на негова база се появява цяла серия чипове и неговата технология се основават и модерните микропроцесори. Иначе като приложение конкретно този чип се явява сърцето на първите джобни калкулатори. Затова пък един от неговите наследници – 8-битовият 8080, който се появява през 1974 г., вече загатва за възможностите на технологията. Която обаче трябва да изчака до 1979 г., когато се появява 8088, включен в дизайна на IBM PC, родоначалник на модерните персонални компютри, за да направи истинска революция в индустрията.

Следващите чипове 80286, 80386, 80486 и т.н. та чак до Пентиум серията, всъщност са еволюция на първоначалния 8088. С тази разлика, че например Pentium 4 е само около пет хиляди пъти по-бърз от родоначалника си и въпреки новите технологии, приложени в създаването му, може да изпълнява абсолютно същия код като него. И в нормалната си работа прави точно това. Всъщност еволюцията включва освен увеличаване на честотата и подобрение по отношение на броя инструкции, които чипът изпълнява за единица време. Докато на 8088 са му били необходими петнадесет такта, за да изпълни една инструкция, на модерните процесори е нужен под един.

За да разберем как става това, трябва да сме запознати с основните принципи, на чиято база работи един процесор. Като начало можем да кажем, че той изпълнява множество машинни инструкции, които се заключават до изчисление, преместване на данни от едно място в паметта в друго и прескачане от даден набор инструкции към друг. Изчисленията се правят от аритметично логическо устройство (АЛУ), което извършва операции като събиране, изваждане, умножение и деление, както и сложни изчисления, включващи големи числа с плаваща точка, при модерните процесори.

За да изпълни тези операции, процесорът включва няколко основни компонента извън АЛУ, като например декодер на инструкциите, тактуващ часовник, програмен брояч, адресна шина и шина за данни и множество регистри и тригери. Декодерът на инструкциите например в зависимост от изпълнявания набор инструкции „отключва” определени тригъри, да пропуснат пристигащите по шината данни и операции, които да бъдат извършени от АЛУ, „дава информация” дали процесорът ще пише, или чете адреси от паметта, нулира програмния брояч и е пряко свързан с тактуващия часовник, който синхронизира цялата работа на процесора.

Данните се съхраняват в паметта, която разгледахме в статията „Компютърът: Оперативна памет”, така че ще оставим този въпрос. Нека разгледаме какви инструкции получава процесорът. Всеки процесор има даден набор от инструкции, свързани с операциите, които може да извършва. Всяка от тях има различно значение и когато бъде заредена в регистъра на инструкциите и декодирана от декодера на инструкциите, „отключва” някаква операция. На машинно ниво те се представят като комбинация от битове, но на асемблерно изглеждат като думи, които репрезентират точно и по единствен начин машинната инструкция. Такива инстукции са например JUMP <адрес>, която указва преминаване към даден адрес в паметта или ADD (за събиране на две клетки от паметта), JGE (прескачане към даден адрес, ако е изпълнено условие по-голямо или равно) и т.н.

На всяка подобна инструкция съответства даден код. Декодерът на инструкциите работи с тези кодове и ги преобразува в електрически сигнали, които биват изпращани към различни части в процесора. Какво се случва, като се получи например инструкция за деление? Най-елементарното обяснение би било, че по време на първия цикъл се активират програмният брояч, линията за четене, тригъра на шината за данни и инструкцията се прехвърля в регистъра на инструкции. По време на втория цикъл инструкцията се декодира, на АЛУ се указва, че следва деление, пренасочва се изходът към даден регистър и програмният брояч се увеличава с единица. И като цяло това е всичко. Естествено по-сложни инструкции се налага да бъдат обработени на повече стъпки.

И в общи линии така работи един микропроцесор. Разбира се, това е една малка част от случващото се между милионите транзистори в кристала на процесора, но дава най-обща представа за функцията на този толкова важен компонент на компютъра. В модерните чипове например има реализирани сложни механизми за предвиждане кои точно данни ще се използват в следващия момент с цел предварителното им зареждане в кеша, което ускорява обработката на информацията неимоверно. Има специални инструкции, обслужващи графичната обработка и т.н. Но с изключение на тези неща, които отличават процесора в наши дни от първоначалния 8088, основната концепция си остава същата през годините.






Допадна ли ви този материал? (19) (0) 7019 прочит(а)

 Добави коментар 
Ако сте регистрирани във форума можете да коментирате и тук

Име:
Текст:
Код:        

 Покажи/скрий коментарите (22) 



AdSense
Нови Кратки @ Сивостен


Реклама


Подобни статии

Случаен избор


Сивостен, v.5.3.0b
© Сивостен, 2003-2011, Всички права запазени
Препечатването на материали е нежелателно. Ако имате интерес към някои от материалите,
собственост на сп. "Сивостен" и неговите автори, моля, свържете се с редакционната колегия.