Устройство управления
Основные статьи: дизайн процессора и блок управления
Схема, как конкретная архитектура MIPS инструкция будет декодирован с помощью системы управления
Блок управления (часто называется системой управления или центральный контроллер) управляет различными компонентами компьютера; он читает и интерпретирует (декодирует) инструкциям программы, превращая их в серию сигналов управления, которые активируют другие части компьютера. [ 47 ] Control системы в современных ЭВМ может изменить порядок некоторых инструкций для того, чтобы повысить производительность.
Ключевым компонентом общей для всех процессоров является программный счетчик , специальная ячейка памяти ( реестр ), который отслеживает, какие места в памяти следующая инструкция должен рассматриваться с. [ 48 ]
Функция системы управления заключается в следующем-примечание, что это упрощенное описание, и некоторые из этих шагов могут выполняться одновременно или в другом порядке в зависимости от типа процессора:
Чтение кода для следующей команды из клетки, указанном программного счетчика.
Декодирование числового кода для инструкции в набор команд или сигналов для каждой из других систем.
Увеличиваем счетчик команд теперь он указывает на следующую команду.
Читать все данные инструкция требует от клеток в памяти (или, возможно, от устройства ввода). Расположение этого необходимые данные, как правило, хранятся в коде команды.
Обеспечить необходимые данные для АЛУ или зарегистрируйтесь.
Если инструкция требует ALU или специализированное оборудование, чтобы закончить, проинструктировать оборудование для выполнения запрошенной операции.
Написать результат из АЛУ обратно в ячейку памяти или реестру или, возможно, устройство вывода.
Перейти к шагу (1).
Так как счетчик команд (концептуально) только один набор ячеек памяти, оно может быть изменено путем расчетов, проведенных в АЛУ. Добавление от 100 до счетчика команд вызовет следующая инструкция для чтения с места 100 мест дальше по программе. Инструкции, которые изменяют счетчик команд, которые известны как «скачки» и позволяют петель (инструкции, которые повторяются на компьютере) и исполнения часто условного команд (обоих примерах из потока управления ).
Последовательность операций, что блок управления проходит через обработать команду сам по себе как короткий компьютерной программы, и, действительно, в некоторых более сложных моделей процессоров, есть еще один еще меньше, компьютер называется microsequencer , который работает микрокода программу, заставляющую все эти события, чтобы это произошло.
Арифметическое логическое устройство (алу)
Основная статья: Арифметика-логическое устройство
АЛУ способно выполнять два класса операций:. Арифметические и логические [ 49 ]
Набор арифметических операций, что конкретный ALU поддерживает может быть ограничена сложение и вычитание, или могут включать в себя умножение, деление,тригонометрические функции, такие как синус, косинус и т.д., и квадратные корни . Некоторые из них могут работать только на целых чисел ( целых ) в то время как другие используютс плавающей точкой для представления вещественных чисел , хотя и с ограниченной точностью. Тем не менее, любой компьютер, который способен выполнять только простейшие операции могут быть запрограммированы, чтобы сломать и более сложные операции на простые шаги, которые он может выполнять. Таким образом, любой компьютер может быть запрограммирован на выполнение любой арифметической операции, хотя это займет больше времени, чтобы сделать это, если его ALU напрямую не поддерживает операцию. ALU также может сравнивать числа и вернуться логические значения истинности (истина или ложь) в зависимости от того, идет ли равно, больше или меньше другого ("составляет 64 больше, чем 65?").
Логические операции включают булеву логику : И , ИЛИ , XOR и NOT . Они могут быть полезны для создания сложных условных операторов и обработки булевой логики .
Суперскалярные компьютеры могут содержать несколько АЛУ, что позволяет им обрабатывать несколько инструкций одновременно. [ 50 ] процессоры Графика и компьютеры с SIMD иMIMD имеет часто содержат АЛУ, которые могут выполнять арифметические векторов и матриц .
Память
Основная статья: хранение данных компьютера
Магнитный сердечник памяти был в памяти компьютера выбора течение 1960-ых, пока он не был заменен полупроводниковой памяти.
Память компьютера можно просматривать в виде списка клеток, в которые чисел можно разместить или прочитать. Каждая ячейка имеет пронумерованный "адрес" и может хранить только один номер. Компьютер может быть поручено ", число 123 в клетку пронумерованы 1357" или "добавить номер, который находится в ячейке 1357 на номер, который находится в ячейке 2468 и положить ответ в ячейку 1595." Информация, хранящаяся в памяти может представлять практически ничего. Буквы, цифры, даже компьютерные инструкции могут быть помещены в памяти с одинаковой легкостью. Поскольку процессор не делает различий между различными типами информации, несет ответственность за в программном обеспечении, чтобы дать значение к тому, что память видит не иначе, как ряд чисел.
Почти во всех современных компьютерах, каждая ячейка памяти настроен для хранения двоичных чисел в группы по восемь бит (называемыхбайт ). Каждый байт может представлять 256 различных номеров (2 ^ 8 = 256); либо от 0 до 255 или -128 до 127. Для хранения большего числа могут быть использованы несколько последовательных байтов (обычно два, четыре или восемь). При отрицательных чисел являются обязательными, они обычно хранятся в дополнения до двух обозначений. Другие механизмы возможны, но, как правило, не видели за пределами специализированных приложений или исторических контекстах. Компьютер может хранить любой вид информации в памяти, если она может быть представлена численно. Современные компьютеры имеют миллиарды или даже триллионы байт памяти.
Процессор содержит специальный набор ячеек памяти, называемых регистрами , которые могут быть прочитаны и записаны в гораздо быстрее, чем основной области памяти. Есть правило, от двух до ста регистров в зависимости от типа процессора. Регистры используются для самых часто используемых элементов данных, чтобы избежать необходимости обращаться к основной памяти необходимо каждый раз данные. Поскольку данные постоянно работал над, уменьшая потребность для доступа к основной памяти (что часто медленно по сравнению с АЛУ и контроля единиц) значительно увеличивает скорость компьютера.
Компьютер оперативной памяти поставляется в двух основных вариантах: оперативное запоминающее устройство или ОЗУ и ПЗУ или ROM. ОЗУ может быть считаны и записаны в любое время процессор команд, но диск с предустановленной данных и программного обеспечения, что никогда не меняется, поэтому процессор может только читать из него. ROM, как правило, используется для хранения Первый пуск в эксплуатацию инструкциям компьютера. В общем, содержимое оперативной памяти стираются, когда питание компьютера отключено, но ROM сохраняет свои данные на неопределенный срок. В ПК, диск содержит специализированную программу под названием BIOS , что дирижирует загрузке компьютераоперационную систему с жесткого диска в памяти, когда компьютер включен или сбросить. В встроенными компьютерами , которые часто не имеют диски, все необходимое программное обеспечение может храниться в ПЗУ. Программное обеспечение хранится в ПЗУ часто называют прошивки , поскольку это теоретически более, как аппаратные средства, чем программное обеспечение. Флэш-память стирает различие между ПЗУ и ОЗУ, так как он сохраняет свою информацию при выключении но также перезаписываемый. Это, как правило, гораздо медленнее, чем обычные ПЗУ и ОЗУ однако, поэтому его использование ограничено приложений, где высокая скорость не является необходимым. [ 51 ]
В более сложных компьютеров может быть один или несколько RAM кэш памяти , которые медленнее, чем регистров, но быстрее, чем основной памяти. Вообще компьютеры с такого рода кэш предназначены для перемещения часто необходимые данные в кэш автоматически, часто без необходимости какого-либо вмешательства со стороны программиста.