7. Мікропроцесори

Центральний процесор – невід'ємна частка будь-якої ЕОМ. Звичайно це велика інтегральна схема, що є кремнієвим кристалом в пластмасовому, керамічному або металокерамічному корпусі, на якому розташовані виводи для прийому і видачі електричних сигналів. Функції ЦП виконують мікропроцесори. Вони здійснюють обчислення, пересилку даних між внутрішніми регістрами і управління ходом обчислювального процесу. Мікропроцесор взаємодіє безпосередньо з ОП і контроллерами системної плати. Головні носії інформації усередині нього – регістри.

Невід'ємною часткою мікропроцесора є:

• АЛУ, що складається з декількох блоків, наприклад блоку обробки цілих чисел і блоку обробки чисел з плаваючою крапкою;

• пристрій управління, яке виробляє сигнали, що управляють, для виконання команд;

• внутрішні регістри.

У основу роботи кожного блоку мікропроцесора покладений принцип конвеєра, який полягає в наступному. Реалізація кожної машинної команди розбивається на окремі етапи, а виконання наступної команди програми може бути почате до завершення попередньої. Тому мікропроцесор виконує одночасно декілька наступних один за одним команд програми, і час на виконання блоку команд зменшується у декілька разів. Суперскалярною називають архітектуру, в основу роботи якої покладений принцип конвеєра. Це можливо за наявності в мікропроцесорі декількох блоків обробки.

У програмі можуть зустрічатися команди передачі управління, виконання яких залежить від результатів виконання попередніх команд. У сучасних мікропроцесорах при використанні конвеєрної архітектури передбачаються механізми передбачення переходів. Іншими словами, якщо в черзі команд з'явилася команда умовного переходу, то передбачається, яка команда виконуватиметься наступною до визначення ознаки переходу. Вибрана гілка програми виконується в конвеєрі, проте запис результату здійснюється тільки після обчислення ознаки переходу, тоді, коли перехід вибраний вірно. В разі неправильного вибору гілки програми мікропроцесор повертається назад і виконує правильні операції відповідно до обчисленої ознаки переходу.

Важливими характеристиками мікропроцесора є:

• його швидкодія, яка в значній мірі залежить від тактової частоти мікропроцесора;

• архітектура мікропроцесора, що визначає, які дані він може обробляти, які машинні інструкції входять в набір виконуваних ним команд, як відбувається обробка даних, який об'єм внутрішньої пам'яті мікропроцесора.

До складу мікропроцесора може входити кеш-пам'ять (надоперативна), що забезпечує швидшу передачу інформації, чим ОП. Розрізняють кеш-пам'ять першого рівня, яка зазвичай вбудована в той же кристал і працює на однаковій з мікропроцесором частоті; кеш-пам'ять другого рівня – спільна, коли команди і дані зберігаються разом, і розділена, коли вони зберігаються в різних місцях.

При вирішенні складних математичних і фізичних завдань в деяких комп'ютерах передбачено використання спеціального пристрою, який називається математичним співпроцесором. Цей пристрій є спеціалізованою інтегральною мікросхемою, що працює у взаємодії з ЦП і призначену для виконання математичних операцій з плаваючою крапкою.