Architektura komputerów

Tydzień 5

Jednostka Centralna

Zadania realizowane przez

procesor

●

Pobieranie rozkazów

●

Interpretowanie rozkazów

●

Pobieranie danych

●

Przetwarzanie danych

●

Zapisanie danych

Główne zespoły procesora

●

Jednostka arytmetyczno-logiczna

●

Jednostka sterująca

●

Rejestry

●

Wewnętrzna magistrala

Wewnętrzna struktura

procesora

Jednostka arytmetyczno-logiczna

Ścieżki
sterowania

Znaczniki stanu

Przesuwnik

Układy logiczne

i arytmetyczne

Układ dopełniania

W

ew

nę

tr

z

na

m

ag

is

tr

al

a

p

ro

ce

so

ra

Rejestry

Jednostka

sterująca

Organizacja rejestrów

●

Rejestry widzialne dla użytkownika. Mogą
być wykorzystywane przez programistę
do przetwarzania danych. Programista
ma bezpośredni wpływ na ich zawartość.

●

Rejestry sterowania i stanu. Używane
przez jednostkę sterującą. Przechowują
informacje niezbędne dla działania
procesora. Programista nie może
bezpośrednio manipulować ich
zawartością

Rejestry widzialne dla

programisty

●

ogólnego przeznaczenia lub robocze -
uniwersalne

●

danych – tylko do przetwarzania
danych

●

adresów – do przechowywania adresów
lub ich części (np. wskaźniki segmentów
lub indeksy)

●

znaczniki stanu – kody warynkowe, flagi
wskazujące wynik ostatniej operacji

Rejestry sterowania i stanu

●

Licznik programu lub instrukcji –
zawiera adres rozkazu do pobrania.

●

Rejestr rozkazu – zawiera ostatnio
pobrany rozkaz.

●

Rejestr adresowy pamięci – zawiera
adres argumentu do pobrania lub
zapisania.

●

Rejestr buforowy pamięci – zawiera
słowo danych do zapisania lub pobrane
z pamięci.

Słowo stanu programu

Zawiera flagi i inne informacje o stanie

procesora (np. tryb pracy):

●

Znak – bit znaku ostatniej operacji arytm.

●

Zero – czy wynik równy zero.

●

Przeniesienie – czy było przeniesienie.

●

Równość – przy porównaniu argumentów.

●

Przepełnienie – przekroczenie zakresu.

●

Blokowanie przerwania – obsługa przerwań.

●

Nadzorca – tryb działania procesora.

Rejestry procesora Z8000

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Wskaźnik stosu

Ogólnego przeznaczenia

Stan programu

Wskaźnik stosu

Słowo stanu

Segment PC

Wyrównanie PC

Segment PSA

Wyrównanie PSA

Rejestry Intel 8086

Ogólnego przeznaczenia

Stan programu

Dodatkowy

Przeznaczenie

Źródło

Baza

Danych

Zliczający

Bazowy

Akumulator

Wskaźnik rozkazu

Znaczniki stanu

Kod

Dane

Stos

AX

BX

CX

DX

Wskaźniki i indeksy

SP

BP

SI

DI

Segmentowe

CS

DS

SS

ES

Stos

Rejestry Motoroli 68000

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

Wskaźnik stosu nadzorcy

Rejestry danych

Stan programu

Wskaźnik stosu użytkownika

Licznik rozkazów

Słowo stanu

Rejestry adresu

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A7'

Rozszerzenia Intel 80386

Ogólnego przeznaczenia

Przeznaczenie

Źródło

Baza

Danych

Zliczający

Bazowy

Akumulator

EAX

EBX

ECX

EDX

Wskaźniki i indeksy

ESP

EBP

ESI

EDI

Stos

Stan programu

Wskaźnik rozkazu

Znaczniki stanu

AX

BX

CX

DX

SP

BP

SI

DI

Dodatkowy

Kod

Dane

Stos

Segmentowe

CS

DS

SS

ES

FS

GS

Dodatkowy
Dodatkowy

Cykl rozkazu

●

Pobieranie

●

Wykonywanie

●

Przerwanie

●

Adresowanie pośrednie

Graf stanów cyklu rozkazu

Wykonywanie

Pobieranie

Przerwanie

Adresowanie

pośrednie

Przepływ danych

Pobieranie

rozkazu

Obliczanie

adresu

rozkazu

Dekodo-

wanie

operacji

Obliczenie

adresu

argumentu

Operacja

na danych

Obliczenie

adresu

argumentu

Sprawdzenie

wystąpienia

przerwania

Przerwanie

Pobieranie

argumentu

Zapisywanie

argumentu

Adresowanie pośrednie

Adresowanie pośrednie

Zgłoszenie
zapotrzebo-
wania na
rozkaz

Zgłoszenie
zapotrzebo-
wania na
argument

Wiele
argu-
mentów

Wiele
wyników

Brak
przerwań

Następny
rozkaz

Operacje
zewnętrzne
- dostęp do
pamięci

Operacje wewnętrzne procesora

Przetwarzanie potokowe

●

Pobranie rozkazu (FI)

●

Dekodowanie rozkazu (DI)

●

Obliczanie argumentów (CO)

●

Pobieranie argumentów (FO)

●

Wykonanie rozkazu (EI)

●

Zapisanie argumentu (WO)

Przebieg czasowy

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12

Czas:

Rozkaz

1

2

3

4

5

6

7

Wpływ rozgałęzienia

warunkowego

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO

FI DI CO

FI DI

FI

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12

Czas:

Rozkaz

1

2

3

4

5

6

7

8

9

13 14

FI DI CO FO EI WO

FI DI CO FO EI WO

Postępowanie z

rozgałęzieniami

●

zwielokrotnienie strumienia

●

pobieranie docelowego rozkazu z
wyprzedzeniem

●

bufor pętli

●

przewidywanie rozgałęzienia

●

opóźnione rozgałęzienie

Przewidywanie rozgałęzień

●

Przewidywanie zawsze występującego
skoku

●

Przewidywanie nigdy nie występującego
skoku

●

Przewidywanie za pomocą kodu
operacji

●

Przełącznik nastąpiło/nie nastąpiło

●

Tablica historii rozgałęzień