שיעור 7: המעבד ומחזור ההבאה-פענוח-ביצוע
יש לנו את שני המרכיבים: יחידת חישוב (ה-ALU מהשיעור על לוגיקה צירופית) וזיכרון מהיר (הרגיסטרים מהשיעור על הזיכרון). עכשיו נרכיב מהם מעבד (CPU) שלם ונראה איך הוא מריץ תוכנית, פקודה אחר פקודה. נכיר את חלקיו: יחידת הבקרה (Control Unit) שמתזמרת הכול, ה-ALU, מאגר הרגיסטרים (Register File), מונה התוכנית (P
המעבד הוא עובד מסור שחוזר על אותו מחזור בלי הפסקה: הבא את הפקודה הבאה, הבן מה היא אומרת, בצע אותה, התקדם לבאה. השעון מתופף את הקצב, ומונה התוכנית מסמן איפה אנחנו בקוד.
- מעבד
- היחידה המרכזית שמריצה תוכניות: היא מביאה פקודות מהזיכרון, מפענחת ומבצעת אותן בעזרת ה-ALU והרגיסטרים, אחת אחרי השנייה.
- יחידת הבקרה
- המתזמר של המעבד: מפענח כל פקודה ושולח אותות שמכוונים את ה-ALU, הרגיסטרים והזיכרון לבצע את הצעדים הנכונים בסדר הנכון.
- מאגר רגיסטרים
- אוסף הרגיסטרים שבתוך המעבד יחד, ששומרים את הערכים שעליהם הפקודות פועלות כרגע — הזיכרון המהיר והקרוב ביותר ל-ALU.
- מונה התוכנית
- רגיסטר מיוחד ששומר את כתובת הפקודה הבאה שתובא. בדרך כלל הוא מתקדם לפקודה העוקבת; קפיצה פשוט כותבת אליו כתובת אחרת.
- רגיסטר הפקודה
- רגיסטר ששומר את הפקודה הנוכחית שהובאה מהזיכרון, כדי שיחידת הבקרה תוכל לפענח ולבצע אותה.
- מחזור שעון
- פעימה בודדת של שעון המעבד שנותנת את הקצב לכל הפעולות. מעבד מודרני מבצע מיליארדי מחזורי שעון בשנייה (גיגה-הרץ).
- הבאה-פענוח-ביצוע
- המחזור הבסיסי של המעבד: הבא את הפקודה שמונה התוכנית מצביע עליה, פענח מה היא אומרת, בצע אותה, קדם את המונה — וחזור חלילה.
- אפיק
- אגד חוטים שמעביר נתונים, כתובות ואותות בקרה בין המעבד לזיכרון ולרכיבים אחרים — 'הכביש' שעליו זורם המידע.
- מודל פון נוימן
- ארכיטקטורה שבה הקוד (הפקודות) והנתונים שמורים יחד באותו זיכרון, והמעבד מביא משם גם פקודות וגם נתונים דרך אותם אפיקים.
