Як влаштований процесор

Як влаштований процесор?
Будь-процесор складається з арифметико-логічного пристрою, АЛУ (Арифметическо-логічний пристрій) (Arithmetic and Logic Unit, ALU), пристрої управління, УУ (пристрій управління) (Control Unit, CU) і системних регістрів (System Register). Саме в цій конфігурації будувалася знаменита універсальна механічна обчислювальна машина Чарльза Беббіджа.

АЛУ
Є одним з основних пристроїв процесора. Воно виконує одну з перших функцій мікропроцесора - обробку даних і обчислення. На вхід АЛУ подаються дані в двійковій-кодованому вигляді. Слово "двійковій-кодовані" означає, що всі дані (числа, символи тощо) представляються у вигляді послідовності двійкових цифр - нулів і одиниць. АЛУ може оперувати з одним або відразу з двома двійковими даними, в ролі яких, як правило, виступають виконавчі числа, і завжди повертає один результат.

Організація кеш-пам'яті
Необхідність в кеш пам'яті виникла із зростанням продуктивності мікропроцесорів, коли швидкість обчислення стала порівнянною зі швидкістю вибірки команд і операндів з оперативної пам'яті. Кеш-пам'ять знаходиться між процесором і оперативною пам'яттю і служить для зберігання команд і даних, до яких відбувалося звернення процесора в попередній раз. Оскільки мікропроцесор найчастіше звертається до сусідніх даними (тобто відбувається послідовне читання даних з сегменту коду і даних), то ймовірність знайти ці дані в кеші висока, і вони будуть взяті з кешу, а не оперативної пам'яті. Оскільки кеш-пам'ять працює швидше, ніж оперативна, прискорюється швидкість роботи системи. Кеш пам'ять зберігає копії останніх лічених команд, операндів та інших даних.

(Так виглядає "шина даних")
Коли процесор запитує інформацію, що вже знаходиться в кеш-пам'яті (попадання), звернення до оперативної пам'яті через шину (цикл шини) не потрібно. Коли ж процесор запитує інформацію, відсутню в кеш-пам'яті (промах), інформація зчитується в кеш-пам'ять за один або кілька циклів шини, званих заповненням рядка кеш-пам'яті. Якщо процесор, запитує запис в область, що знаходиться в кеш-пам'яті, виконуються дві дії: оновлюється кеш-пам'ять і записані дані передаються в основну пам'ять. Ці дії називаються наскрізним записом. Як правило, запис в пам'ять не кешируєтся. Це означає, що при кеш промаху під час запису в пам'ять оновлюється тільки оперативна пам'ять.

переривання
При роботі процесорної системи можуть виникати особливі випадки, коли процесор змушений переривати роботу поточної програми і переходити до обробки цього особливого випадку, більш термінового і важливого. Причинами переривання поточної програми може бути:
1) Зовнішній сигнал по шині управління - маскованих переривань і немаскируемого переривання
2) Аномальна ситуація, що склалася при виконанні команди програми і перешкоджає її подальшого виконання
3) Що знаходиться в програмі команда переривання
Перша із зазначених вище причин відноситься до апаратних переривань, а дві інші - до програмних переривань. Відзначимо, що апаратні переривання непередбачувані і можуть виникати в будь-які моменти часу.