Základní pojmy
Centrální procesorová jednotka (CPU, Central Processing Unit) je velmi rozsáhlý integrovaný obvod, který je jádrem a řídicí jednotkou počítače. . Jeho funkcí je především interpretovat počítačové instrukce a zpracovávat data v počítačovém softwaru. Centrální procesorová jednotka obsahuje především aritmetické jednotky (aritmetická logická jednotka, ALU, aritmetická logická jednotka) a vysokorychlostní vyrovnávací paměť (Cache) a sběrnici (Bus), která realizuje data (Data), řízení a stav spojení mezi nimi. . Společně s vnitřní pamětí (Memory) a vstupně/výstupním (I/O) zařízením se nazývá tři základní součásti elektronického počítače.
CPU lze logicky rozdělit na 3 moduly, kterými jsou řídící jednotka, aritmetická jednotka a paměťová jednotka. Tyto tři části jsou propojeny vnitřní sběrnicí CPU.
Rozdělení modulů
Základním úkolem CPU je provádět instrukce. Pro počítač je to nakonec sekvence "0" a "1". CPU lze logicky rozdělit na 3 moduly, kterými jsou řídicí jednotka, aritmetická jednotka a paměťová jednotka. Tyto tři části jsou propojeny vnitřní sběrnicí CPU. Jak je ukázáno níže:
Řídící jednotka
Řídicí jednotka je řídícím a řídícím centrem celého CPU, které se skládá z instrukčního registru IR (Instruction Register), ID instrukčního dekodéru (Instruction Decoder) a provozu. Pro koordinaci jsou nesmírně důležité OC (Operation Controller) atd. řádnou práci celého počítače. Postupně načte každou instrukci z paměti podle programu naprogramovaného uživatelem, vloží ji do instrukčního registru IR, určí, jaká operace by měla být provedena pomocí dekódování instrukce (analýzy), a poté ovládá řadič OC podle určeného časování. , Odešlete řídicí signály mikroprovozu do příslušných součástí. Operační ovladač OC obsahuje hlavně řídicí logiku, jako je generátor pulsů úderů, řídicí matice, generátor hodinových pulsů, resetovací obvod a obvod start-stop.
Aritmetická jednotka
je jádrem aritmetické jednotky. Umí provádět aritmetické operace (včetně základních operací, jako je sčítání a odečítání násobičů a doplňkové operace) a logické operace (včetně posouvání, logického testování nebo porovnávání dvou hodnot). Aritmetická jednotka vzhledem k řídící jednotce přijímá příkaz řídící jednotky jednat, to znamená, že všechny operace prováděné aritmetickou jednotkou jsou řízeny řídícím signálem vydávaným řídící jednotkou, jedná se tedy o prováděcí složku.
Úložná jednotka
Včetně CPU on-chip cache a skupiny registrů je to místo, kde jsou data dočasně uložena v CPU, kde jsou uložena data čekající na zpracování nebo data, která byla zpracována. Doba, kterou potřebuje CPU k přístupu k registrům, je kratší než doba potřebná k přístupu do paměti. Použití registrů může snížit počet přístupů CPU k paměti, čímž se zvýší pracovní rychlost CPU. Vzhledem k omezení oblasti čipu a integrace však kapacita registrové banky nemůže být příliš velká. Skupinu registrů lze rozdělit na speciální registr a obecný registr. Funkce speciálního registru je pevná, příslušné údaje registrujte samostatně. Univerzální registry jsou univerzální a mohou být specifikovány programátorem. Počet univerzálních registrů se liší mikroprocesor od mikroprocesoru.
Logická jednotka CPU
Z pohledu realizovaných funkcí lze CPU rozdělit zhruba do následujících osmi logických celků:
(1) Registr instrukcí: je to úložiště instrukcí na čipu. Díky němu se CPU nemusí zastavovat a hledat instrukce v paměti počítače, což výrazně zlepšuje výpočetní rychlost CPU.
(2) Dekodér instrukcí: Je zodpovědný za interpretaci složitých instrukcí strojového jazyka do jednoduchého formátu, kterému rozumí aritmetická logická jednotka (ALU) a registry, stejně jako diplomat.
(3) Řídicí jednotka: Vzhledem k tomu, že instrukce mohou být uloženy v CPU a existují odpovídající instrukce pro dokončení přípravných prací před výpočtem, je za ní přirozeně role, která hraje roli řídící – je zodpovědná za celý proces zpracování Provoz ovladač. Podle příkazu z dekódovací jednotky bude generovat řídicí signály, které sdělí aritmetické logické jednotce (ALU) a zaregistruje, jak pracovat, s čím pracovat a jak zpracovat výsledek.
(4) Registr: Je velmi důležitý pro CPU. Kromě ukládání části instrukcí programu je také zodpovědný za ukládání informací o skoku ukazatele a příkazů pro operace ve smyčce. Je to aritmetická logická jednotka (ALU) pro dokončení Malý úložný prostor pro data používaná úlohou požadovanou řídicí jednotkou. Zdrojem dat může být jakákoli mezipaměť, paměť a řídicí jednotka.
(5) Logic Operation Unit (ALU): Je to inteligentní součást čipu CPU, schopná provádět různé příkazy, jako je sčítání, odčítání, násobení a dělení. Kromě toho také umí číst logické příkazy jako OR, AND a NOT. Zpráva z řídicí jednotky sdělí aritmeticko logické jednotce, co má dělat, a poté bude aritmetická jednotka přerušovaně nebo nepřetržitě extrahovat data z registru, aby dokončila konečný úkol.
(6) Jednotka předběžného načtení: Výkon PU na ní velmi závisí. Rychlost přednačítání přímo souvisí s rychlostí využití jádra CPU, což zase přináší rozdíl v rychlosti provádění instrukcí. Podle požadavků příkazu nebo úlohy, která má být vykonána, může jednotka předběžného načítání kdykoli získat data a instrukce z mezipaměti instrukcí nebo paměti počítače. Když instrukce dorazí, nejdůležitějším úkolem prefetch jednotky je zajistit, aby byly všechny instrukce správně uspořádány a poté odeslány do dekódovací jednotky.
(7) Sběrnicová jednotka: Je jako dálnice, která rychle dokončuje výměnu dat mezi různými jednotkami a je to také místo, kde data proudí do az CPU z paměti.
(8) Data Cache: Ukládá speciálně označená data z dekódovací jednotky pro použití logickou operační jednotkou. Zároveň také připravuje konečné výsledky distribuované do různých částí počítače.
Z výše uvedeného úvodu je vidět, že ačkoliv je CPU malý, dokáže pojmout velký svět na čtvereční palec. Interiér připomíná spíše rozvinutou montážní továrnu, do sebe zapadající a vrstvený. Právě díky vzájemné spolupráci jsou nakonec instrukce realizovány, což tvoří kouzelný digitální svět s obrázky, texty a obrázky.
Hlavní funkce
Návod na zpracování
Angličtina Pokyny pro zpracování; to se týká pořadí provádění instrukcí v řídicím programu. Mezi instrukcemi v programu existuje přísná posloupnost, která musí být provedena přesně v souladu s pořadím stanoveným programem, aby byla zajištěna správnost počítačového systému.
Proveďte akci
Czech Proveďte akci; funkce instrukce je často realizována řadou operací prováděných součástmi v počítači. CPU by mělo generovat odpovídající provozní řídicí signály podle funkce instrukce a posílat je do odpovídajících komponent, aby řídilo tyto komponenty, aby jednaly podle požadavků instrukce.
Kontrolní čas
Angličtina Čas kontroly; časová kontrola je načasování různých operací. Během provádění příkazu by mělo být přísně kontrolováno, jaké operace jsou v kterémkoli okamžiku prováděny. Pouze tak může počítač pracovat spořádaně.
Zpracování dat
To znamená provádět aritmetické a logické operace s daty nebo provádět jiné zpracování informací.
Jeho funkcí je především interpretovat počítačové instrukce a zpracovávat data v počítačovém softwaru a provádět instrukce. V mikropočítači se mu také říká mikroprocesor. Všechny operace počítače jsou řízeny CPU. Výkonnostní index CPU přímo určuje výkonnostní index mikropočítačového systému. CPU má následující čtyři základní funkce: datovou komunikaci, sdílení zdrojů, distribuované zpracování a spolehlivost systému. Princip fungování lze v zásadě rozdělit do čtyř fází: Fetch, Decode, Execute a Writeback.