مفاهیم اولیه پردازنده (واحد پردازش مرکزی : CPU)

توضیحات

در جلسه سیزدهم معماری کامپیوتر دکتر حقیقت ویژه کنکور کامپیوتر در مقاطع کارشناسی ارشد و دکترا با عنوان «مفاهیم اولیه پردازنده (واحد پردازش مرکزی : CPU)»، فصل دوم درس معماری (فصل معماری پردازنده) آغاز می‌شود. مفاهیم مهمی مانند زبان ماشین، زبان اسمبلی، متن (کد)، درشت دستورالعمل یا دستورالعمل (Instruction) تعریف و تشریح می‌شود. می‌دانیم CPU برای اجرای یک برنامه که معمولاً در حافظه اصلی (مثالDRAM) قرار دارد، دستورالعمل‌های زبان ماشین این برنامه را یکی پس از دیگری در یک سیکل چهار تا شش مرحله‌ای واکشی (Fetch)، رمزگشایی (Decode) و واکشی عملوند (Operand Fetch)، اجرا (Execute) یا دسترسی به حافظه (Memory Access) و بازنویسی (Write Back) می‌کند. این سیکل کاری CPU در این جلسه توضیح داده می‌شود. سپس اجزای درونی یک پردازنده (CPU) شامل 1) واحد کنترل (CU: Control Unit) 2) واحد محاسبات ریاضی و منطقی (ALU: Arithmetic and Logic Unit) 3) ثبات‌ها (Registers) 4) گذرگاه درونی (Internal BUS) برای اتصال رجیسترها به یکدیگر و به ALU مورد بررسی قرار می‌گیرند. در ادامه رجیسترهای پردازنده به دو دسته تقسیم می‌شوند: 1) رجیسترهای همه منظوره (GPR: General Purpose Registers) که قابل مشاهده برای کاربر (برنامه‌نویس)/ کامپایلر بوده وبرنامه‌نویس از این رجیسترها برای محاسبات ریاضی و منطق و شیفت وغیره استفاده می‌کند 2) رجیسترهای خاص منظوره (SPR: Special Purpose Register). سپس شرح داده می‌شود که رجیسترهای خاص منظوره دو دسته‌اند: 1) قابل مشاهده برای کاربر (Visible) 2) غیر قابل مشاهده برای کاربر (Invisible). پس از آن رجیسترهای خاص منظوره مهم از جمله (Program Counter) PC یا شمارنده برنامه، (Instruction Register) IR یا ثبات دستورالعمل، (Address Register) AR یا ثبات آدرس، (Data Register) DR یا ثبات داده، (Stack Pointer) SP یا اشاره‌گر پشته، (Temporary Register) TR یا ثبات موقتی، (Program Status Word) PSW یا کلمه وضعیت برنامه و تمامی پرچم‌ها (Flags) مهم پردازنده مانند C, Z, S, I, V و غیره و نقش آنها در دستورالعمل‌های شرطی شرح داده می‌شوند. در انتها پردازنده‌های بدون انباره و پردازنده‌های انباره‌ای با یکدیگر مقایسه می‌شوند و تفاوت دستورالعمل‌های آنها شرح داده می‌شود.