Quins són els dos processadors principals?

Aquesta part de la lectura examinarà la CPU, Buss, controladors, i la memòria principal. Altres seccions examinaran dispositius d' entrada, sortida Dispositius i memòria secundaria.

La Unitat de processament Central (CPU)

L'ordinador fa la seva feina primària en una part de la màquina que no podem Mireu, un centre de control que converteix l' entrada de dades a la sortida d' informació. Això Centre de control, anomenada unitat de processament central (CPU), és un molt complex, Conjunt de circuits electrònics que executa el programa emmagatzemat instruccions. Tots els ordinadors, grans i petits, han de tenir una unitat de processament central. Com a mostra la figura 1, la unitat de processament central consisteix de dos parts: La unitat de control i la unitat aritmètica/lògica. Cada part té una funció específica.

Abans de parlar de la unitat de control i de la unitat aritmètica/lògica en detall, Hem de considerar l'emmagatzematge de dades i la seva relació amb la unitat de processament central. Els ordinadors usen dos tipus d' emmagatzematge: magatzem primari i secundari Emmagatzematge. La CPU interactua molt amb l'emmagatzematge primari, o la memòria principal, en referència a les dues instruccions i dades. Per aquesta raó aquesta part de La lectura ho farà Debatre la memòria en el context de la unitat de processament central. Tècnicament, No obstant això, la memòria no és part de la CPU.

Reconèixer que la memòria d'un ordinador només conté dades temporalment, en aquell moment L' ordinador s' està executant un programa. El magatzem secundari manté permanent dades semi-permanent en un suport magnètic extern o òptic. La Subtetes i discos de CD- ROM que heu vist amb ordinadors personals són dispositius d'emmagatzematge secundari, ja que són discs durs. Des dels atributs físics de Els dispositius d' emmagatzematge secundari determinen la manera com les dades estan organitzades en ells, ho farem Revolu l'emmagatzematge i l'organització de dades secundaria en Una altra part de les nostres lectures en línia.

Ara considerem els components de la unitat de processament central.

La unitat de control

La unitat de control de la CPU conté circuits que utilitzen els senyals elèctrics a dirigir Tot el sistema d'ordinadors a carregar, o executar, programa desat instruccions. Com a líder orquestra, la unitat de control no s' executa instruccions de programa; en comptes d'això, dirigeix altres parts del sistema a fer-ho. La unitat de control s' ha de comunicar amb la unitat aritmètica/lògica I la memòria.

La unitat Aritmètica/Logic

La unitat aritmètica/logica (ALU) conté el circuit electrònic que executa Totes les operacions aritmètica i lògiques.

La unitat aritmètica/logica pot realitzar quatre tipus d'operacions aritmètica, o càlculs matemàtics: A més, resta, multiplicació, multiplicació, i divisió. Com que el seu nom implica, la unitat aritmètica/lògica també realitza Operacions lògiques. Una operació lògica normalment és una comparació. La unitat Pot comparar números, lletres o caràcters especials. L' ordinador pot Després s'ha d'actuar basant-se en el resultat de la comparació. Això és molt. Una capacitat important. És comparant que un ordinador és capaç de dir, per Per exemple, si no hi ha seients complets en avions, si hi ha càrrecs... Els clients de cartes han excedit els seus límits de crèdit, i si un candidat El Congrés té més vots que altres.

Les operacions lògiques poden provar per tres condicions:

Una condició igual a una condició. En una prova d'aquesta condició, l'aritmètica/lògica unitat Compara dos valors per determinar si són iguals. Per exemple: si la Nombre de bitllets venuts igual al nombre de seients de l'auditori, Llavors es va declarar que es va vendre el concert.
La condició de menys atestable. Per a provar aquesta condició, l'ordinador compara Valors per a determinar si un és menor que un altre. Per exemple: si el nombre de bitllets de velocitats en un registre del controlador és menor Tres, llavors les taxes d'assegurances són de 425; d'altra manera, les taxes són 500 dòlars.
Quina condició més gran. En aquest tipus de comparació, l' ordinador determina si un valor és més gran que un altre. Per exemple: Si les hores a La persona va treballar aquesta setmana és més gran que 40, es multipliquen cada extra hora per 1,5 per hora el sou habitual per calcular els costos extres.

Un ordinador pot comprovar simultàniament més d'una condició. Entrada De fet, una unitat lògica pot discernir sis relacions lògiques: igual a, menys que, més gran que, menys o igual que, més gran o igual que , i no igual .

Els símbols que us permeten definir el tipus de comparació que voleu L'ordinador a efectuar s'anomenen operadors relacionals. El més comú Els operadors relacionals són el mateix signe(=), el símbol menys-than( <), i el Símbol més gran d'en(>).

Registres: Àrees d' emmagatzematge temporals

Els registres són àrees d'emmagatzematge temporals per a instruccions o dades. Ho són. no forma part de memòria, sinó que són localitzacions especials d' emmagatzematge addicionals que ofereixi l'avantatge de la velocitat. Registra les tasques en la direcció de la unitat de control a acceptar, mantenir, i instruccions de transferència o dades i realitzar aritmètica o comparacions lògiques a alta velocitat. La unitat de control utilitza una Registre de dades de la manera que el propietari d'una botiga utilitza un registre temporal, El lloc adequat per a emmagatzemar el que s' usa en els assentaments.

Els ordinadors solen assignar papers especials a certs casos, incloent- los Registres:

Un acumulador , que recull el resultat dels càlculs.
Un registre d' adreces , que manté la pista d' on una instrucció donada o Algunes dades es desen a la memòria. Cada ubicació d' emmagatzematge a la memòria és L' identificat per una adreça, igual que cada casa d'un carrer té una adreça.
Un registre d' emmagatzematge , que temporalment manté dades agafades o a punt de Se'ls envia a la memòria.
Una prova general S' està registrantThe role of the transaction, in present tense , que s' usa Per a moltes funcions.
Memòria i emmagatzematge

La memòria també es coneix com a magatzem primari, memòria primària, magatzem principal, Emmagatzematge intern, memòria principal, i RAM (Random Accés a la memòria); tots aquests termes La gent utilitza intercanviivament en cercles d'ordinadors. La memòria és la part de l' ordinador que Conté dades i instruccions per processar. Encara que estigui associat amb la unitat de processament central, la memòria està separada d'ella. Memòria de magatzems instruccions de programa o dades només per al programa mentre pertanyin és a l'operació. Mantenir aquests elements a la memòria quan el programa no sigui L' execució no és viable per tres raons:

La majoria dels tipus de memòria només guarden elements mentre l' ordinador està activat Encen; les dades es destrueixen quan la màquina està apagada.
Si s' executa més d' un programa alhora (si s' executa el cas en gran) Ordinadors i de vegades en ordinadors petits), un sol programa no pot proporcionar una demanda exclusiva a la memòria.
Potser no hi ha lloc a la memòria per a mantenir les dades processades.

Com obtenir dades i instruccions d' un dispositiu d'entrada a la memòria? La unitat de control els envia. Igualment, quan el temps és correcte, el control unitat envia aquests elements de memòria a la unitat aritmètica/lògica, on un L' operació aritmètica o l' operació lògica es durà a terme. Després de ser Processat, la informació s' envia a la memòria, on es manté fins que aquesta A punt per deixar anar a una unitat de sortida.

La característica principal de la memòria és que permet accedir molt ràpidament Les instruccions i les dades, no importa on els elements estiguin dins d'ella. Debatrem els components físics de les fitxes de memòria. Capítol.

Per veure com registra els registres, la memòria, i el segon magatzem tot el treball junts, anem-nos-en. Utilitza l'analogia de fer amanida. A la nostra cuina tenim:

una nevera on guardarem les verdures per a l'amanida;
Un contra on col·loquem tots els nostres vegetals abans de posar-los En el tauler de tall per tallar;
un tauler de tall al taulell on tallim les verdures;
una recepta que detalla el que els vegetals cal tallar;
Les cantonades del tauler de tall es mantenen lliures per a piles parcialment separades de Els vegetals que pretenem tallar més o barrejar-nos amb altres parcialment dividits Els vegetals.
un bol al taulell on barregem i fem l'amanida;
L'espai a la nevera per posar l'amanida mixta després que sigui feta.

El procés de fer l'amanida és llavors: donar als vegetals de la Torn a la part superior; col·loqueu alguns vegetals al tauler de tallar d'acord per a la recepta; tallar els vegetals, possiblement emmagatzemar parcialment tallada Els vegetals temporalment a les cantonades del tauler de tall; col·loqueu-ho tot Els vegetals del bol per tornar a posar-los a la nevera o posar-los directament A la taula de sopar.

La nevera és l'equivalent a l' emmagatzematge secundaria (disk). Pot emmagatzemar grans volums de vegetals durant llargs períodes de temps. El comptador de dalt és l'equivalent a la pissarra de l'ordinador. Tot es fa a la Comptador (dins de l' ordinador). El tauler de tall és l'ALU - la feina és Ja està. La La recepta és la unitat de control - us diu què fer en el tall Tauler (ALU). L'espai a la part superior del taulell és l'equivalent a la memòria RAM - Cal que tots els vegetals siguin portats de la nevera i col·locats al taulell de dalt de tot. Per a un ràpid accés. Tingueu en compte que el comptador de dalt (RARA) és més ràpid per accedir al que la nevera (disk), però no es pot mantenir tant, i no pot retenir-la per molt de temps Períodes de temps. Les cantonades del tauler de tall on es guarden temporalment parcialment tallada els vegetals són equivalents als registres. Les cantonades de El tauler de tall és molt ràpid per accedir a tallar, però no es pot aguantar Molt. El bol d'amanida és com un registre temporal, és per emmagatzemar el L'amanida espera de tornar a la nevera. un disc) o per a prendre a la taula de sopar (ajustar- lo dades a un dispositiu de sortida).

Ara, per a un exemple més tècnic. Anem a mirar com un programa de nòmina utilitza tots tres tipus de Emmagatzematge. Suposem que el programa calcula el sou d'un treballador. La Les dades que representen les hores treballades i les dades de la taxa de pagament són Prepara't en els seus respectius arxius. Altres dades relacionades amb el sou Temps de càlcul, bou, deduccions, i així successivament està esperant A prop de la memòria. Les dades d'altres empleats són disponibles a secundaries. Emmagatzematge. Com que la CPU acaba els càlculs d'un treballador, el Les dades sobre l'empleat següent són portats del magatzem secundari cap a La memòria i la fi als registres.

La següent taula resumeix les característiques dels diversos tipus de magatzem de dades en la jerarquia d' emmagatzematge.

Els ordinadors moderns estan dissenyats amb aquesta jerarquia degut a la Característiques llistades A la taula. Ha estat la manera més barata d'aconseguir la funcionalitat. No obstant això, com la RAM es torna més barat, més ràpid i encara permanent, potser Mireu que els discs desapareixen com a un dispositiu d' emmagatzematge intern. discos extraïbles, com Discs Zip o CD (criguem-los en detall a la lectura en línia Els dispositius d' emmagatzematge) probablement romandran en ús més temps com a mitjà per a físicament transferir grans volums de dades a l' ordinador. No obstant això, fins i tot això L'ús dels discos probablement es interplanarà per Internet com a major Una manera de transferir dades. Ja hi ha unitats de disquets La nova IMac Macintosh d'Apple no ve amb una. Dins Els següents cinc anys, la majoria de dissenys d'ordinadors nous només inclouran floppy Condueix com a extra per a gent amb discos antics que han d'utilitzar.

Anem a examinar la manera en què la unitat de processament central, a l'associació. La memòria, executa un programa d' ordinadors. Farem una ullada a com n'hi ha d'un. S' ha executat una instrucció en el programa. De fet, la majoria d'ordinadors que avui poden Executa només una instrucció alhora, tot i que l' executen molt ràpidament. Molts ordinadors personals poden executar instruccions en menys d' un milió de dòlars D'un segon, mentre que aquells dimonis de velocitat coneguts com superordinadors Podem executar instruccions en menys d'una milionèsima part d'un segon.

Abans de poder executar una instrucció, les instruccions del programa i les dades S' ha de situar en memòria des d' un dispositiu d' entrada o un magatzem secundari Dispositiu (el procés és més complicat pel fet que, com ja hem fet abans, Les dades probablement faran que una parada temporal en un registre). Com a figura 2 programes, una vegada les dades i les instruccions necessàries estan en memòria, el centre La unitat de processament realitza els següents quatre passos per a cada instrucció:

La unitat de control agafa (gets) les instruccions de la memòria.
La unitat de control descodifica les instruccions (decides què significa) i direct que les dades necessàries es mouen de memòria a l'aritmètica/lògica Unitat. Aquests dos primers passos junts s'anomenen instrucció Temps o hora.
La unitat aritmètica/logic executa l' aritmètica o instrucció lògica. És a dir, es dóna el control de l'ALU i realitza l'operació actual A les dades.
Les unitats aritmètica/logics guarden el resultat d' aquesta operació en memòria O en un registre. Pas 3 i 4 juntes s'anomenen Temps d'execució, o hora.

La unitat de control, finalment, porta la memòria directa a publicar el resultat a un Dispositiu de sortida o dispositiu d' emmagatzematge secundari. La combinació de l' hora i l'hora es diu el cicle de la màquina. Figura 3 mostra una instrucció Travessant el cicle de la màquina.

Cada unitat de processament central té un rellotge intern que produeix polsos a una velocitat fixa per a sincronitzar totes les operacions d' ordinador. Es pot crear una instrucció d' un únic cicle d' una màquina d' un nombre considerable de Substracions, cadascuna de les quals ha de prendre com a mínim un cicle de rellotge. Cada tipus de central La unitat de processament està dissenyada per entendre un grup d' instruccions específiques S'anomena "avançada d' instruccions." Tal com hi ha moltes llengües diferents que La gent entén, així que cada tipus de CPU té una instrucció establerta Ho entenc. Per tant, un tipus de CPU com el d'un Compaq personal L'ordinador no ha pogut entendre la instrucció establerta des d'un altre to de CPU, Per un Macintosh.

Una cosa és tenir instruccions i dades en algun lloc de memòria i Un altre per a la unitat de control per poder trobar-los. Com ho fa Això?

La ubicació en memòria de cada instrucció i cada peça de dades és S' ha identificat per una adreça. És a dir, cada ubicació té un número d' adreça, com Les bústies davant d'una casa d'apartaments. I, com les bústies, les els números d' adreça de les localitzacions segueixen el mateix, però el contingut (instreccions i dades) de les localitzacions poden canviar. És a dir, noves instruccions o Es poden situar noves dades a les localitzacions quan no hi hagi continguts antics S'ha de desar més temps a la memòria. No com una bústia, però, un record. Localització només pot mantenir una quantitat fix de dades; una adreça només pot contenir un nombre fix de bytes - sovint dos bytes en un ordinador modern.

Figura 4 mostra com un programa manipula les dades en memòria. Una nòmina programa, per exemple, pot donar instruccions per posar el nivell de pagament en la localització 3 i el nombre d'hores treballades a la localització 6. Per calcular la El sou de l'empleat, llavors, instruccions de l'ordinador per multiplicar les dades en la localització 3 per les dades en la localització 6 i moveu el resultat a la localització 8. L'elecció de les localitzacions és arbitrària - qualsevol ubicació que ja no es parla per poder ser utilitzat. Els programadors utilitzen llengües de programació, però, No us heu de preocupar pels números de l' adreça actual, perquè cada dada l' adreça es refereix a un nom. El nom s' anomena una adreça simbòlica. Entrada Aquest exemple, els noms de les adreces simbòlics són taxats, hores i Salary.