Разрядность шины данных и шины адреса

В конспект

Процесори

План

1. Центральный процессор CPU(Central Processing Unit) представлен на системной плате одной-двумя интегральными микросхемами (ИМС). ЦП управляет взаимодействием между всеми блоками и подсистемами компьютера.

В ПК может работать несколько процессоров. Один процессор управляет вводом/выводом данных и называется «процессором ввода-вывода». Вычисления с математическими числами выполняются математическим сопроцессором. Графический процессор обеспечивает быстрый вывод изображения на экран дисплея. ЦП управляет всей компьютерной системой.

Первый МП 4004 был выпущен компанией Intel в 1971 году. До этих пор ЦП собирали из множества дискретных компонентов: электронных ламп, транзисторов, микросхем с малой степенью интеграции. Рабочая частота i4004 составляла 108 кГц. Этот МП предназначался для использования в программируемых калькуляторах.

МП стали применяться в ПК начиная с модели i8080, которая была представлена фирмой Intel в 1974 году. На этом МП был собран первый ПК Altair 8800.

Поколения процессоров Intel

Характеристики микропроцессора.

1. Важнейший параметр процессора - набор команд, который он умеет исполнять. Разумеется, все процессоры, на базе которых строится PC-совместимый компьютер, должны уметь исполнять одинаковый набор команд.

Компьютерная программа - последовательность некоторых команд, каждую из этих команд должен уметь исполнить процессор. Процессоры, на базе которых строятся другие (не PC) компьютеры, исполняют свои, совсем другие наборы команд.

Тактовая частота

Тактовая частота (МГц) определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца в оловянной оболочке. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрического тока с частой, определяемой формой и размерами кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой. Наименьшей единицей времени для процессора, как для логического устройства является период тактовой частоты или просто такт. На каждую операцию (выполнение команды) процессор затрачивает некоторое количество тактов.

Чем выше тактовая частота процессора, тем производительнее он работает, так как в единицу времени происходит большее количество тактов и выполняется большее количество команд.

Среднее количество операций выполняемое за один такт работы процессора принято называть производительностью. Чем меньше тактов затрачивает в среднем процессор на исполнение команды, тем выше его эффективность (производительность) даже при неизменной тактовой частоте.

Разрядность шины данных и шины адреса

Шина данных - набор соединений, для передачи и приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных по ней передается за определенный интервал времени, и тем быстрее она работает. В процессоре 286 для приема и передачи двоичных данных используется 16 соединений, поэтому их шина данных считается 16-разрядной. Современные процессоры (начиная с Pentium) имеют 64-х разрядную шину данных, поэтому они могут передавать в системную память по 64 бита за один такт.

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров.

Регистр - это по существу ячейка памяти внутри процессора, например, процессор может складывать числа, записанные в двух разных регистрах, а результат записывать в третий регистр. Разрядность регистров описывает разрядность обрабатываемых процессором данных. Разрядность регистров определяет также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых процессором. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут.

Кроме того в зависимости от структуры регистров различают два основных типа процессоров:

1) RISC — Reduced (Restricted) Instruction Set Computer — процессоры (компьютеры) с сокращенной системой команд. Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения; их система команд отличается относительной простотой.

2) CISC — Complete Instruction Set Computer — процессоры (компьютеры) с полным набором инструкций, к которым относится и семейство х86. Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций.

Шина адреса - представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. По каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов шины) используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

В компьютерах применяется двоичная системы счисления. Если, например, разрядность шины адреса составила бы всего один бит (один провод для передачи данных), то по этому проводу можно было бы передать всего два значения (логический нуль - нет напряжения, логическая единица - есть напряжение) и таким образом можно было бы адресоваться к двум ячейкам памяти. Такой бы процессор поддерживал обмен только с двумя байтами оперативной памяти! Использование двух бит для задания адреса позволило бы адресоваться уже к 4-м байтам памяти (00, 01, 10, 11 на шине - на четыре разных адреса можно указать). Вообще, количество разных значений, принимаемое n-разрядным двоичным числом равно 2 в степени n. Соответственно, при ширине шины адреса n бит, количество разных ячеек памяти, к которым можно адресоваться составляет 2 в степени n, поэтому говорят, что процессор поддерживает 2 в степени n байт оперативной памяти, или говорят, что адресное пространство процессора равно 2 в степени n байт. Например: процессор 8086 имел адресную шину 20 бит. Тогда он мог адресовать {2 в степени 20=1048576} байт оперативной памяти, т.е. 1 Мбайт. Таким образом, максимальный объем оперативной памяти, поддерживаемой процессором 8086 составляет 1 Мбайт. 286-ой процессор имел адресную шину равную 24 битам, адресуя таким образом уже 16 Мбайт (обратите внимание: каждый новый бит в шине адреса, увеличивает объем адресуемой памяти вдвое, это естественно, если вспомнить формулу Объем памяти = 2 в степени разрядность шины). Современные процессоры имеют адресную шину равной 36 бит, что соответствует поддерживаемой оперативной памяти объемом 64 Гбайт!

Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: разрядность шины данных определяет возможности процессора быстро обмениваться информацией, разрядность адресной шины определяет объем поддерживаемой процессором памяти.

Поиск по сайту: