Centralna procesna enota delovanje
ERSŠG Ljubljana
Šolsko leto 2009/10
Kazalo
•
•
•
•
•
Von Neumannov model računalnika
CPE
Naloge CPE
Deli CPE
Delovanje CPE
Von Neumannov model računalnika
Večina današnjih računalnikov spada v
kategorijo von Neumanovih računalnikov.
Osnovna zgradba von Neumannovega računalnika:
• CPE (procesor)
• Glavni pomnilnik (RAM)
• Vhodno-izhodne naprave
• Vodila (matična plošča, grafična, zvočna
kartica,..)
Von Neumannov model računalnika
(nad.)
Zgradba
CPE
Gl. pomnilnik
Vodila
V/I naprave
Von Neumannovo ozko grlo
• Za zmogljivost računalnika je zelo pomembno,
da se iz glavnega pomnilnika prenese dovolj
velika količina informacije.
• Von Neumannov računalnik naredi le tisto, kar
se pred tem prenese iz glavnega pomnilnika.
• Pot med CPE in glavnim pomnilnikom
predstavlja ozko grlo, ki je znano pod imenom
von Neumannovo ozko grlo.
Glavni deli CPE
• Krmilno enoto,
• ALE - Aritmetično
logična enota,
• Registre.
Aritmetično logična enota
• Izvaja matematične (aritmetične in logične)
operacije nad registri
▫ Seštevanje, odštevanje, povečevanje, odštevanje
▫ Premiki in rotacije bitov
▫ Logične negacije, and in or
Registri
Osnovne pomnilniške celice CPE
(8b, 16b, 32b, 64b, 128b)
• Naslovni (Address) registri (shranjujejo naslov
lokacije, kje se nahajajo podatki )
▫ PC – programski števec (angl. Program Counter)
 Vsak računalnik ima nastavljeno začetno vrednost PC
▫ Indeksni registri (X)
• Podatkovni (Data) registri (shranjujejo podatke)
▫ A, B, C, D registri
Krmilna enota
povezuje/krmili vse enote in iz njih sprejema in
oddaja podatke ter jih posreduje v registre.
• Krmili
• Usklajuje
• Nadzira delovanje računalnika
Naloge CPE
• 1. Jemanje ukaza iz glavnega pomnilnika
(fetch)
• 2. Izvrševanje v prevzetega ukaza
(execute)
Delovanje CPE
Naloge CPE
1. Jemanje ukaza iz glavnega pomnilnika (fetch)
Prevzem/branje strojnega ukaza (zaporedje strojnih
ukazov imenujemo program).
Bere se iz tistega pomnilnika, na katerega kaže vsebina
CPE registra (PC – Programski števec).
2. Izvrševanje v prevzetega ukaza (execute)
Vsak ukaz vsebuje informacijo o operaciji in operandih,
nad katerimi se operacija izvrši. CPE izvrši operacijo,
potem pa ponovno prebere ukaz iz pomnilnika. Program
je zapisan v zaporedju PC<- PC +1. Izjema so skočni
ukazi, ko v PC zapišemo poljuben naslov.
Zbirnik (Assembler)
MOV BX, 200
MOV AX, [BX]
MOV CX, [BX + 2]
CMP AX, CX
JB cxismax
SUB AX, CX
MOV DX, AX
JMP storeresult
cxismax: SUB CX, AX
MOV DX, CX
storeresult: MOV [BX+4], DX
BX<-#200
AX<-[200]=12
CX<-[202]=00
primerjamo AX in CX
skok na cxismax
torej PC<-cxismax
AX<- AX – CX
DX <- AX
skoči na storeresult
cxismax: CX<-CX-AX=00–12=EE
DX<-CX=EE
storeresult: [204]<- EE
Vrednosti v pomnilniku - podatki
•
•
•
•
•
•
200
201
202
203
204
205
12
3A
00
57
AB
CD
Delovanje CPE
Pentium – 16 bitni način dela
MOV BX, 200
MOV AX, [BX]
MOV CX, [BX + 2]
CMP AX, CX
JB cxismax
SUB AX, CX
MOV DX, AX
JMP storeresult
cxismax: SUB CX, AX
MOV DX, CX
storeresult: MOV [BX+4], DX
BX<-#200
AX<-[200]=12
CX<-[202]=00
primerjamo
skok na cxismax
PC<-cxismax
CX<-CX-AX = 00 – 12 = EE
DX<-CX=EE
[204]<- EE
Lastnosti CPE
• Frekvenca ali delovni takt (GHz)
• Širina podatkovnega vodila (64b)
• Širina naslovnega vodila (isto kot podatkovno
vodilo)
• Število tranzistorjev v procesorju
Frekvenca ali delovni takt (GHz)
• Število ciklov na sekundo (Hz)
• Urin generator povzroča urin takt kot metronom
(0/1)
• Delovni takt neposredno vpliva na ceno
procesorja
Navijanje procesorja
Navijanje procesorja (angl. overclocking) pomeni v
višanje frekvence delovanja procesorja.
Problemi pri navijanju:
• Hitrejše pregrevanje (boljše hlajenje – pod 60°C)
• Če novi ukaz prehitijo konec prejšnjega ukaza,
privede do napak.
Obvezne izboljšave: hlajenje procesorja, napajalnik
Zanimive povezave:
• http://www.youtube.com/watch?v=zUc6znC848o
• http://www.youtube.com/watch?v=W8lS7KoOEeo&feature=related
• http://www.youtube.com/watch?v=xG0sGugsv28
Vrste CPE
• RISC (Reduction Instruction Set Computer)
▫ Majhen nabor ukazov
▫ Hitro izvrševanje
• CISC (Intel, AMD) (Complex Instruction Set
Computer)
▫ Več ukazov (kompleksnejši)
▫ Ukaz se lahko izvaja več ciklov, ker dela
zahtevnejše stvari
Načini prenosa podatkov
• Sinhroni cikli
• Asinhroni cikli