Возможности компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд (ЯМК). Из команд ЯМК составляются программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) компьютера. В ЯМК существуют команды, по которым выполняются арифметические и логические операции, операции управления последовательностью выполнения команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр.

В состав процессора входят следующие устройства: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти.

УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. (Функцию устройства управления можно сравнить с работой дирижера, управляющего оркестром. Своеобразной «партитурой» для УУ является программа.)

АЛУ — вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы.

Регистры — это внутренняя память процессора. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. У каждого регистра есть определенное назначение. В регистр — счетчик команд (СчК) помещается адрес той ячейки памяти ЭВМ, в которой хранится очередная исполняемая команда программы. В регистр команд (РК) помещается эта команда на время ее исполнения. Есть регистры, в которые помещаются исходные данные и результаты выполнения команды. Полученный результат может быть переписан из регистра в ячейку ОЗУ.

Характеристики процессора.

1. Тактовая частота.

Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если «метроном стучит» быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мегагерцах — МГц. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Вот некоторые характерные тактовые частоты микропроцессоров: 40 МГц, 66 МГц, 100 МГц, 450 МГц и др.

2. Разрядность процессора.

Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет размер 2 байта, то разрядность процессора равна 16 (8х2); если 4 байта, то 32, если 8 байтов, то 64.

Ячейка — это группа последовательных байтов ОЗУ, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Очевидно, размер ячейки памяти и машинного слова равен разрядности процессора. Обмен информацией между процессором и внутренней памятью производится машинными словами.

Адрес ячейки памяти равен адресу младшего байта (байта с наименьшим номером), входящего в ячейку. Адресация как байтов, так и ячеек памяти начинается с нуля. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове (изменяются через 2, или через 4, или через 8). Еще раз подчеркнем: ячейка — это вместилище информации, машинное слово — это информация в ячейке.

3. Адресное пространство.

По адресной шине процессор передает адресный код — двоичное число, обозначающее адрес ячейки памяти или внешнего устройства, куда направляется информация по шине данных. Адресное пространство — это диапазон адресов (множество адресов), к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит n бит, то размер адресного пространства равен 2n байтов. Обычно размер адресного кода равен количеству линий в адресной шине (разрядности адресной шины). Например, если компьютер имеет 16-разрядную адресную шину, то адресное пространство его процессора равно 216 = 64 Кб, а при 32-разрядной адресной шине адресное пространство равно 2 = 4 Гб.

Примеры характеристик микропроцессоров:

1) МП Intel-80386: адресное пространство — 232 байта = 4 Гб, разрядность — 32, тактовая частота — от 25 до 40 МГц;

2) МП Pentium: адресное пространство — 232 байта = 4 Гб, разрядность — 64 Гб, тактовая частота — от 60 до 100 МГц.

5.2.2. Внутренняя память компьютера

Внутренняя память ЭВМ обладает двумя основными свойствами: дискретностью и адресуемостью.

Память дискретна — это значит, что память состоит из некоторых «частиц». «Частица» памяти называется бит (так же как единица информации). Итак, память компьютера — это упорядоченная последовательность двоичных разрядов (бит). Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов; каждая такая группа образует байт памяти. Следовательно, слова «бит» и «байт» обозначают не только названия единиц измерения количества информации, но и структурные единицы памяти ЭВМ.

Объем памяти ЭВМ измеряется в килобайтах (1 Кбайт (Кб) = 210 байта = 1024 байта), мегабайтах (1 Мбайт (Мб) = 1024 Кбайт), гигабайтах (1 Гбайт (Гб) = 1024 Мбайт). Например, оперативная память компьютеры серии IBM PC — от 1 Мб и более.

Ячейка памяти— это группа последовательных байтов внутренней памяти, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Очевидно, разрядность ячейки памяти и размер машинного слова в битах равны разрядности процессора. У разных типов компьютеров размер машинного слова бывает разным. У самых простых типов ПК (бытовых, учебных) машинное слово равно 1 байту (8 бит). Такие машины называются восьмиразрядными («Агат», «Корвет», «Ямаха»). Двухбайтовое машинное слово (16 бит) у школьного компьютера УКНЦ, а также у профессиональных ПК IBM PC/86, 286. У машин типа IBM PC/386, 486 машинное слово равно 4 байтам (32 бита).

Байты внутренней памяти пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер байта называется адресом байта (подобно тому как номер квартиры в доме есть адрес этой квартиры). Принцип адресуемости памяти означает то, что любая информация заносится в память и извлекается из нее по адресам.

Адрес ячейки памяти равен адресу младшего байта (байта с наименьшим номером), входящим в ячейку. Адресация как байтов, так и ячеек памяти начинается с нуля. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове (изменяются через 1, или через 2, или через 4).

Регистры — это внутренняя память процессора. Регистров немного (у IBM PC их 14). Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. Полученные результаты переписываются из регистров в ячейки ОЗУ.