Тема 6. Архітектура центрального процесора

3. Архітектура мікропроцесора

Мікропроцесор (МП) або Central Processing Unit (CPU) – функціонально-закінчений програмно – керуючий пристрій обробки інформації, виконаний у вигляді однієї чи кількох великих (ВІС), або надвеликих (НВІС) інтегральних схем.

Мікропроцесор виконує наступні функції:

-         розрахунок адрес команд та операндів;

-         вибірку і дешифрацію команд з основної пам’яті (ОП);

-         вибірку даних з ОП, регістрів мікропроцесорної пам’яті (МПП) та регістрів адаптерів зовнішніх пристроїв (ЗП);

-         прийом та обробку запитів і команд від адаптерів на обслуговування ЗП;

-         обробку даних та їх запис у ОП, регістри МПП і регістри адаптерів ЗП;

-         виробітку керуючих сигналів для всіх інших вузлів і блоків ПК;

-         перехід до наступної команди.

Основними параметрами мікропроцесорів є:

• розрядність;
• робоча тактова частота;
• розмір КЭШ- пам’яті;
• склад інструкцій;
• конструктив; - робоча напруга і т.д.

Існують поняття архітектури і мікроархітектури мікропроцесорів. Під архітектурою мікропроцесора мають на увазі його програмну модель, тобто програмно – видимі властивості.

Основні програмно – видимі властивості мікропроцесора – це набір його регістрів, способи подання і формати даних, система команд (що визначає також роботу з пам'яттю), і механізм обробки переривань.

Мікропроцесори х86 є явно вираженими представниками CISC-архітектури: їм немає рівних по складності системи команд, при цьому базових архітектурних регістрів досить мало. Під мікроархітектурою мається на увазі внутрішня реалізація програмної моделі. Для однієї і тієї ж архітектури IA-32 різними фірмами і в різних поколіннях застосовуються мікроархітектурні реалізації, що істотно розрізняються: при цьому, природно, прагнуть до максимального підвищення продуктивності (швидкості виконання програм).

Починаючи з мікропроцесорів Р6 (фірми Intel) і К5 (фірми AMD), в мікроархітектурі застосовується RISC-ядро, виконуюче мікрооперації (uOps ) на які розкладаються складні інструкції х86. В результаті продуктивність мікропроцесора (за швидкістю виконання інструкцій х86) залежить від способу розкладання і швидкості виконання мікроінструкцій. У лідерів «процесоробудування» - Intel і AMD – підходи до оптимізації розрізняються: при зіставній (порівняній) продуктивності мікропроцесори AMD працюють на нижчих тактових частотах. Підвищення продуктивності мікропроцесорів х86 обходиться дуже дорого (в порівнянні з «чистою» RISC-архітектурою) – вимагає дуже складних пристроїв, що управляють, на які і йде значна частина транзисторів мікропроцесора і які, до того ж, потребляють значну потужність.