34. Яку роль в процесорі відіграють схема керування вибіркою команд та арифметико-логічний пристрій?

Схема управління вибіркою команд виконує читання команд з пам'яті і їх дешифрування. Вже в 16-розрядних процесорах з'являється так званий конвеєр (черга) команд, що дозволяє вибирати кілька наступних команд, поки виконується попередня. Два процеси йдуть паралельно, що прискорює роботу процесора. Конвеєр представляє собою невелику внутрішню пам'ять процесора, в яку при найменшій можливості (при звільненні зовнішньої шини) записується кілька команд, наступних за виконуваною. Читаються ці команди процесором в тому ж порядку, що і записуються в конвеєр (це пам'ять типу FIFO, First In - First Out, перший увійшов - першим вийшов). Однак, якщо виконувана команда передбачає перехід на віддалену комірку пам'яті конвеєр не допомагає, і його доводиться скидати.

 Розвитком ідеї конвеєра стало використання внутрішньої кеш-пам'яті процесора, яка заповнюється командами, поки процесор зайнятий виконанням попередніх команд. Чим більше об'єм кеш-пам'яті, тим менше ймовірність того, що її вміст доведеться скинути при команді переходу. У кеш-пам'яті можуть зберігатися і дані, які обробляються в даний момент, це також прискорює роботу. Для більшого прискорення вибірки команд в сучасних процесорах застосовують суміщення вибірки й дешифрування, одночасну дешифрацию кількох команд, кілька паралельних конвеєрів команд, пророкування команд переходів і деякі інші методи.        Арифметико-логічний пристрій (або АЛУ, ALU) призначено для обробки інформації відповідно до отриманої процесором командою. Приклади обробки - логічні операції (типу логічного "І", "АБО", "Що виключає Або" і т.д.). Над якими кодами проводиться операція, куди поміщається її результат - визначається виконуваної командою. Якщо команда зводиться до пересилання даних без їх обробки, то АЛУ не бере участі в її виконанні.       Швидкодія АЛУ багато в чому визначає продуктивність процесора. Важлива не тільки частота тактового сигналу, а й кількість тактів, необхідна для виконання тієї чи іншої команди. Для підвищення продуктивності розробники прагнуть довести час виконання команди до одного такту, а також забезпечити роботу АЛП на можливо більш високій частоті.

      Регістри процесора представляють собою осередки дуже швидкої пам'яті і служать для тимчасового зберігання різних кодів: даних, адрес, службових кодів. На швидкодію процесора сильно впливає й розрядність регістрів. Саме розрядність регістрів і АЛУ називається внутрішньою розрядністю процесора

      

35. Детально охарактеризуйте регістри мікропроцесора. Які функції вони виконують?

МК имеют набор регистров, которые используются для управления его ресурсами. В число этих регистров входят обычно регистры процессора (аккумулятор, регистры состояния, индексные регистры), регистры управления (регистры управления прерываниями, таймером), регистры, обеспечивающие ввод/вывод данных (регистры данных портов, регистры управления параллельным, последовательным или аналоговым вводом/выводом). Обращение к этим регистрам может производиться по-разному.

В МК с RISC-процессором все регистры (часто и аккумулятор) располагаются по явно задаваемым адресам. Это обеспечивает более высокую гибкость при работе процессора.

Одним из важных вопросов является размещение регистров в адресном пространстве МК. В некоторых МК все регистры и память данных располагаются в одном адресном пространстве. Это означает, что память данных совмещена с регистрами. Такой подход называется "отображением ресурсов МК на память".

В других МК адресное пространство устройств ввода/вывода отделено от общего пространства памяти. Отдельное пространство ввода/вывода дает некоторое преимущество процессорам с гарвардской архитектурой, обеспечивая возможность считывать команду во время обращения к регистру ввода/вывода.

Внутренние регистры любого микропроцессора обязательно выполняют две служебные функции:

• определяют адрес в памяти, где находится выполняемая в данный момент команда (функция счетчика команд или указателя команд);

• определяют текущий адрес стека (функция указателя стека).

В разных процессорах для каждой из этих функций может отводиться один или два внутренних регистра. Эти два указателя отличаются от других не только своим специфическим, служебным, системным назначением, но и особым способом изменения содержимого. Их содержимое программы могут менять только в случае крайней необходимости, так как любая ошибка при этом грозит нарушением работы компьютера, зависанием и порчей содержимого памяти.

Содержимое указателя (счетчика) команд изменяется следующим образом. В начале работы системы (при включении питания) в него заносится раз и навсегда установленное значение. Это первый адрес программы начального запуска. Затем после выборки из памяти каждой следующей команды значение указателя команд автоматически увеличивается (инкрементируется) на единицу (или на два в зависимости от формата команд и типа процессора). То есть следующая команда будет выбираться из следующего по порядку адреса памяти. При выполнении команд перехода, нарушающих последовательный перебор адресов памяти, в указатель команд принудительно записывается новое значение — новый адрес в памяти, начиная с которого адреса команд опять же будут перебираться последовательно. Такая же смена содержимого указателя команд производится при вызове подпрограммы и возврате из нее или при начале обработки прерывания и после его окончания.