ЦП и цикл выборки-исполнения
| English | Русский |
|---|---|
| CPU/ˌsiː piː ˈjuː/ | ЦП (центральный процессор) |
| instructions/ɪnˈstrʌkʃnz/ | инструкции |
| ALU/ˌeɪ el ˈjuː/ | АЛУ |
| control unit/kənˈtrəʊl ˈjuːnɪt/ | блок управления |
| registers/ˈredʒɪstəz/ | регистры |
| buses/ˈbʌsɪz/ | шины |
| cache/kæʃ/ | кэш |
| embedded system/emˈbedɪd ˈsɪstəm/ | встраиваемая система |
| clock speed/klɒk spiːd/ | тактовая частота |
Центральный процессор
- ЦП обрабатывает данные и выполняет инструкции, повторяя цикл миллионы раз в секунду.
- Внутри находятся АЛУ, устройство управления и регистры, соединенные шинами.
- Он запускает каждую программу через цикл выборки-исполнения.
Части ЦП
- АЛУ — выполняет вычисления и логические сравнения.
- Устройство управления (CU) — отправляет управляющие сигналы для управления всеми частями.
- Регистры — крошечные, очень быстрые хранилища, удерживающие по одному значению каждое.
- Три шины связывают их с памятью: адресная (в одну сторону), данные (в обе стороны), управления.
Современный ЦП представляет собой единый чип, содержащий устройство управления, АЛУ и регистры
АЛУ в ЦП:
арифметико-логическое устройство выполняет математику и логику; блок управления координирует части.
Регистры и цикл выборки-исполнения
- Специальные регистры: PC (адрес следующей инструкции), MAR (адрес доступа), MDR (выборочные данные/инструкция), CIR (выполняемая инструкция), ACC (результат АЛУ).
- Цикл повторяет три этапа: Выборка (копирование инструкции в ЦП, затем PC + 1) → Декодирование (CU определяет её смысл) → Исполнение (выполнение действия).
Цикл выборки-декодирования-исполнения, который ЦП повторяет для каждой инструкции
Цикл выборки-исполнения
Проходите по циклу, который процессор повторяет миллиарды раз в секунду: выберите инструкцию, декодируйте её смысл, исполните её, затем сделайте всё снова.
Соотнесите каждую часть ЦП с тем, что она делает.
АЛУ вычисляет, блок управления направляет, SC отслеживает следующую инструкцию, а кэш хранит «горячие» данные близко.
Расставьте этапы цикла в правильном порядке.
Выберите инструкцию, декодируйте её смысл, затем исполните её — это повторяется непрерывно.
Кэш, производительность, встраиваемые системы
- Кэш — небольшой объем очень быстрой памяти рядом с ЦП, хранящий часто используемые данные — чтобы ЦП меньше ждал.
- Производительность зависит от количества ядер, объема кэша и частоты тактирования (циклов в секунду).
- Встраиваемая система — маленький компьютер, встроенный в устройство для выполнения одной конкретной задачи (стиральная машина, микроволновая печь).
Кэш и основная память (RAM) расположены близко к ЦП для быстрой подачи ему данных
Какое изменение повысит производительность ЦП?
Больше ядер, больший объем кэша и более высокая тактовая частота все улучшают производительность.
Кэш — это маленькая, очень быстрая память рядом с ЦП, которая хранит часто используемые данные, поэтому ЦП ожидает меньше времени, чем при чтении из основной памяти.
Больший объем кэша, больше ядер и более высокая тактовая частота повышают производительность — кэш помогает за счет сокращения времени ожидания данных.
Вы поняли
- ЦП = АЛУ (математика/логика) + CU (управляющие сигналы) + регистры, связанные адресными/данными/управляющими шинами
- ключевые регистры: PC (следующая инструкция), MAR/MDR (память), CIR (текущая), ACC (результат)
- цикл: fetch → decode → execute
- производительность: cores, cache size, clock speed; cache = быстрая память рядом с CPU