Основные компоненты микропроцессоров
Intel представила первый микропроцессор в 1971 году и назвала его чипом 4004. Современные микропроцессоры, размеры которых меньше десяти центов, обладают большей мощностью и возможностями. Центр компьютера, центральный процессор (ЦП), состоит из одного или нескольких микропроцессоров. Изготовленные из силиконового чипа, содержащего миллионы транзисторов, микропроцессоры перемещают данные из одного адреса памяти в другое место. ЦП принимают решения, а затем переходят к работе над новыми инструкциями и вычислениями.
Арифметико-логический блок
«Арифметико-логическое устройство» (ALU) выполняет математические вычисления, такие как вычитание, сложение, деление и логические функции. Булевы функции — это тип логики, используемый для проектирования схем. АЛУ также выполняет сравнения и логическое тестирование. Процессор передает сигналы в АЛУ, которое интерпретирует инструкции и выполняет вычисления.
Регистры
Микропроцессоры имеют места временного хранения данных, называемые регистрами. В этих областях памяти хранятся данные, такие как компьютерные инструкции, адреса хранения, символы и другие данные. Некоторые компьютерные инструкции могут потребовать использования определенных регистров как части команды. У каждого регистра есть определенная функция, такая как регистр инструкций, программный счетчик, накопитель и регистр адреса памяти. Например, программный регистр содержит адрес инструкций, взятых из оперативной памяти.
Блок управления
Блоки управления (CU) получают сигналы от ЦП, которые дают указание блоку управления перемещать данные от микропроцессора к микропроцессору. Блок управления также управляет арифметико-логическим блоком. Блоки управления состоят из нескольких компонентов, таких как декодер, часы и логические схемы управления. Работая вместе, эти устройства передают сигналы в определенные места микропроцессора.
Например, декодер получает команды от приложения. Декодер интерпретирует инструкции и выполняет действие. Он посылает сигналы в АЛУ или направляет регистры для выполнения определенных задач. Управляющий логический блок передает сигналы в разные участки микропроцессора и регистры, что информирует эти компоненты о выполнении действий. Часы посылают сигналы, которые синхронизируют и обеспечивают своевременное выполнение команд и процессов.
Автобусы
Микропроцессоры имеют систему шин, по которым перемещаются данные. Шины относятся к классификациям проводки, имеющей определенные задачи и функции. Шина данных передает данные между центральным процессором и оперативной памятью (ОЗУ) — основной памятью компьютера. Шина управления отправляет информацию, необходимую для координации и управления несколькими задачами. Адресная шина передает адрес между ЦП и ОЗУ для обрабатываемых данных.
Кэш-память
Некоторые продвинутые микропроцессоры имеют кэш-память, в которой сохраняются последние данные, использованные ЦП. Кэши памяти ускоряют вычислительный процесс, потому что ЦП не нужно обращаться к более медленной оперативной памяти для извлечения данных. Многие компьютеры имеют кэш-память 1-го или 2-го уровня; некоторые системы имеют кэши уровня 3. Уровень кэша указывает порядок, в котором ЦП проверяет данные, начиная с уровня 1. Производители часто интегрируют кэши уровней 2 и 3 в микропроцессор, что повышает скорость обработки.