Автор Анна Евкова
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Цифровой компьютер состоит из сопряженных между собой процессоров, модулей памяти и устройств ввода-вывода, из которых складывается архитектура вычислительной системы.

Важнейший элемент каждого ПК - это микропроцессор, который управляет работой компьютера и осуществляет значительную долю обработки данных.

Микропроцессор представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную в цельном полупроводниковом кристалле и способную осуществлять функции главного процессора. Степень интеграции обусловливается объемами кристалла и числом реализованных в нём транзисторов. Интегральные микросхемы, в свою очередь, называются микрочипами (chips)[1].

Сегодня микропроцессоры используются повсюду.

Актуальность данной темы состоит в том, что микропроцессор компьютера считается главным компонентом современной компьютерной техники. Компьютерное оборудование значительно определяет степень технологического прогресса. Она реализует станков, контролирует технологические процессы на связывает на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). Благодаря компьютерной технике сложные научно-технические расчеты, что процессы конструирования, разработки, то есть определяет и задает темпы Производительность всей компьютерной техники зависит от мощности и уровня темпа развития микропроцессоров.

Передовые мысли инженерной мысли наиболее ярко воплощаются в структуре микропроцессоров. Условия данной специфики производства и жесткий уровень конкуренции требуют огромных капиталовложений. Появление овой модели микропроцессора во многом связано с передовыми конструкторско-технологическими прорывами.

В микропроцессорной технике находят передовые научно-технические результаты в области тела, электротехники и радиотехники и кибернетики и современной электронно-компонентной базы. Области применения микропроцессоров различны. Ключевыми из них автоматизация электромеханического поддержка мпроизводством, имитационное и математическое обработка результатов медецинскими и , организация и на и Результаты данной курсовой работы можно использовать в повседневной жизни, в частности при приобретении персонального компьютора.

Цель данной курсовой работы заключается в нии структуры классификации, и основных характеристик микропроцессоров персональных компьютеров.

Достижение укаценной цели обусловлено решением ряда поставленных задач:

  • раскрытие основных понятий темы;
  • рассмотрение исторического развития микропроцессоров;
  • классификация микропроцессоров;
  • рассмотрение структурных особенностей и характеристик современных персональных компьютеров.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Основные понятия. Cтруктура работы

Микропроцессор является сложным основной задачей которого является обработка или передача

Рассмотрение о структуре микропроцессора требует объясния следующих понятий[2]:

  • арифметико-логическое
  • устройство управления, регистры,
  • кэш-память,
  • данных,
  • адресная шина и командная шина.

При изучения проблемы о свойствах микропроцессора следует проанализировать:

  • тактовую частоту;
  • разрядность процессора,
  • объем кэш-памяти и т.д.

Вопрос о систематизации достаточно обширен, поэтому в данной работе будут рассмотрены следующие аспекты для сопоставления микропроцессоров:

  • по сфере использования,
  • по внутренней структуре,
  • по виду построения процессоров,
  • по семейству, изменению и поколению микропроцессоров.

1.2. История развития современных микропроцессоров

История формирования современных микропроцессоров начинается с изобретения транзистора в 1948 г, который буквально вытеснил электронные лампы. Сам транзистор имеет крайне мало функций:

  • пропускать через себя ток,
  • перекрывать ему дальнейший путь по цепи.

Эти функции достигаются транзистором вследствие применения специальных материалов – «полупроводников». Один транзистор мог заменить 40 электронных ламп. В 1955 г. компания Bell Laboratories изобрела 1-ый транзисторный ПК 2-го поколения. 1960 г. фирма DEC выпустила по тем временам «мини» – компьютер, который помещался в маленькой комнате- PDP-1.Однако развитие на этом не застыло и к 60-ым годам стали производить интегральные схемы. Первые из них включали в целом 6 транзисторов, позже их количество начало увеличиваться в геометрической прогрессии. На сегодняшний день количество транзисторов на интегральной микросхеме зашкаливает за несколько десятков миллионов.

На начало 70-х годов пришлось рождение новейшего и, как позже стало известно, крайне многообещающего и небывалого по своим результатам направления в формировании вычислительной техники – в 1971 г. был выпущен 1-ый в мире микропроцессор. Это был однокристальный микропроцессор, получивший название 4004 (4-разрядная шина данных и 16-контактный блок-корпус). Процессор Intel 4004 стал технологическим триумфом компании: прибор величиной с палец, стоил 200 $, и был сопоставим по своей вычислительной силой с 1-ой ЭВМ ENIAC, созданной в 1946 г., и занимавшей место объемом в 85 куб. метров. Новейшая технология почти мгновенно легла в основу формирования программируемых калькуляторов с большим, согласно тем временам (от 4-х вплоть до 64-х кб.) объемом оперативной памяти, способных подвергать обработке огромное количество информации. Первоначально процессор 4004 был предназначен для Японской фирмы Busicom. Однако, в связи с экономическими проблемами, японцы категорически отказались от проекта, и разработка оказалась у Intel. Возникновение микропроцессора изменило целый рынок микроэлектроники. Это были те самые ПК, на которых сейчас работает все человечество[2].

Однако сразу же после появления процессора 4004, Intel потеряла первенство на рынке. До нее лидерами процессорного рынка в 70-х годах были ZILOG и MOTOROLA. Однако Intel изобрела абсолютно новейший процессор, который стал прообразом нынешних процессоров ПК. Это был восьмиразрядный процессор i8008 (1972 год). i8080 считался базой 1-ого в мире ПК Altair. Все без исключения процессоры х86 - это дальние предки i8080. Вопреки своей колоссальной роли и огромного количества продаж, на рынке данный процессор потеснил наиболее успешный Zilog-80, который был обязан такого рода известности i8080. Процессор Z-80 сформировала группа инженеров, прежде трудившихся в Intel и участвовавших в разработке i8080[3].

В 80-х годах Intel создала эпоху высокопроизводительного настольного компьютерного оснащения. В 1982 г. вышел современный, по тем временам, микропроцессор i286, который помимо неслыханной производительности, обладал, правда, лишь в зачаточном варианте, способностями по обеспечению многозадачного режима и защищенного режима (Protected Mode). Кроме того он поддерживал обращение к расширяемой (EMS) памяти, объемом вплоть до 8 MB. В 1985 г. появился микропроцессор i386, который обладал не только лишь законченной системой поддержки многозадачного режима, системой защиты сегментов, но и обладал оперативной памятью объемом вплоть до 64MB.

Улучшение технологических процессов создания микропроцессоров позволило существенно увеличить их тактовую частоту. Любое новое поколение процессоров имеет более низкое напряжение питания и наименьшие токи, что содействует сокращению выделяемого ими тепла. Однако основным достижением считается то, что при сокращении норм технологического движения возможно существенно повысить число транзисторов на 1-ом кристалле. Наибольшее число транзисторов, входящих в структуру процессора, дает возможность улучшить архитектуру процессора с целью свершения ещё большей производительности. В том числе и разрядность процессоров весьма моментально возросла с 4 в первом процессоре вплоть до 32 в процессоре i386.

Значительной вехой в событиях минувших дней формирования архитектуры процессоров ПК (еще одна революция) стало возникновение процессора i486. Производственный техпроцесс к тому времени достиг отметки в 1 мкм, вследствие чего получилось разместить в ядре процессора 1,5 миллионов транзисторов, что было практически в 6 раз больше, чем у CPU минувшего 386-го поколения. Он был в 1500 раза быстрее своего "прапрадедушки" i4004. В архитектуре процессора ПК в первый раз возник конвейер на 5 стадий. Конвейерные расчеты были, безусловно, известны задолго до возникновения ПК, однако значительный уровень интеграции теперь дал возможность использовать данный продуктивный метод вычислений и в ПК. На одном кристалле Intel расположила и процессор, и математический сопроцессор, и кэш-память L1, которые до этого размещались в отдельных микросхемах. Эта революция состоялась через 20 лет уже после возникновения 1-ого микропроцессора, в октябре 1989 года. 486-й микропроцессор имел необходимое для того времени быстродействие. Тактовая частота процессора превысила тактовую частоту системной шины.

С этапа выпуска 486-го процессора технологический процесс создания микропроцессоров стал чрезвычайно быстро совершенствоваться. В 90-х годах стартовала «эра» Pentium. Почти каждый год фирма Intel выпускала все наиболее и более совершенные микропроцессоры. Процессор Pentium осуществил переворот в компьютерной промышленности персональных компьютеров. Цена микропроцессоров начала снижаться, а это означает, что ПК стал более доступным абсолютно всем слоям населения. Компьютер стал по-настоящему персональным и стал теперь ориентирован на обыкновенного пользователя, не обладающего фундаментальными познаниями в данной сфере.

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ПК

2.1 Основные классификационные ПК

по представлено на 1.

Микропроцессоры

По виду обрабатываемых сигналов:

- аналоговые;

- цифровые;

-гибридные.

По назначению:

- специальные;

- универсальные;

По числу интегральных схем:

- универсальные;

- однокристальные микроконтроллеры;

-секционированные.

По характеру временной организации:

- синхронные;

- асинхронные;

По количеству выполняемых программ:

- однопрограммные;

- многопрограммные;

По организации структуры:

- микроЭВМ;

- одно и многомагистральные;

Рисунок 1 - микропроцессоров

2.2 Классификация микропроцессоров по числу больших интегральных схем

Систематизация микропроцессоров по количеству крупных интегральных схем (БИС) показана на рисунке 2. Различают такие виды микропроцессоров, как: однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Микропроцессоры

Универсальные

Однокристальные микроконтроллеры

Секционированные

CISC

RISC

Процессоры ЦОС

Рисунок 2 - по числу БИС

Процессоры, в том числе и наиболее простые ЭВМ, обладают сложной функциональной структурой. Помимо этого, они включают в себя большое число электронных компонентов и множество разветвленных взаимосвязей. Менять структуру процессора следует таким образом, чтобы полная принципиальная схема либо её части имели число компонентов и взаимосвязей, совместимое с возможностями БИС. При этом микропроцессоры обретают внутреннюю магистральную архитектуру, т. е. в них к общей внутренней информационной магистрали подсоединяются все без исключения главные функциональные блоки (арифметико-логический, рабочих регистров, стека, прерываний, интерфейса, управления и синхронизации и др.).

Для обоснования систематизации микропроцессоров согласно числу БИС необходимо разделить все без исключения аппаратные блоки процессора между главными 3-мя функциональными элементами: операционной, управляющей и интерфейсной. Сложность операционной и управляющей элементов процессора обусловливается их разрядностью, концепцией команд и условиями к концепции прерываний; сложность интерфейсной части разрядностью и способностями подсоединения других приборов ЭВМ (памяти, внешних устройств, датчиков и исполнительных механизмов и др.). Интерфейс процессора включает несколько десятков информационных шин данных (ШД), шин адресов (ША) и шин управления (ШУ)[4].

Однокристальные микропроцессоры получаются при осуществлении абсолютно всех аппаратных средств процессора в варианте одной БИС либо СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере повышения уровня интеграции компонентов в кристалле и количества выводов корпуса характеристики однокристальных микропроцессоров улучшаются. Но способности однокристальных микропроцессоров урезаны аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для извлечения многокристального микропроцессора следует осуществить разделение его логической структуры на функционально завершенные части и осуществить их в виде БИС (СБИС). Функциональная завершенность БИС многокристального микропроцессора значит, что его части осуществляют предварительно конкретные функции и могут работать самостоятельно.

На рисунке 3 представлено функциональное распределение структуры процессора при формировании трехкристального микропроцессора (пунктирные линии), включающего БИС операционного (ОП), БИС управляющего (УП) и БИС интерфейсного (ИП) процессоров.

http://mc-plc.ru/lekcii-po-mps/287-27a-24f-44f/image001.png

3 - Функциональная структура (а) и ее для в комплекта секционных БИС (б)

Операционный процессор предназначается для обработки информационных данных, управляющий процессор осуществляет функции выборки, декодирования и расчеты адресов операндов и, кроме того, генерирует очередности микрокоманд. Независимость деятельности и значительное быстродействие БИС УП дает возможность подбирать команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их осуществления БИС ОП. При этом в УП создастся очередность ещё не выполненных команд, а также предварительно подготавливаются те сведения, которые понадобятся ОП в последующих циклах работы. Подобная опережающая выборка команд экономит время ОП на ожидание операндов, требуемых для исполнения команд программ. Интерфейсный процессор дает возможность подсоединить память и периферийные ресурсы к микропроцессору; он, соответственно, считается сложным контроллером для приборов ввода/вывода информационных данных. БИС ИП осуществляет вдобавок и функции канала непосредственного доступа к памяти.

Выбираемые из памяти команды распознаются и исполняются каждой составляющей микропроцессора самостоятельно и, по этой причине, может быть гарантирован порядок синхронной деятельности абсолютно всех БИС МП, т.е. конвейерный поточный порядок выполнения очередности команд программы (осуществление очередности с небольшим временным сдвигом). Такого рода порядок работы существенно увеличивает эффективность микропроцессора[5].

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, если в виде БИС реализуются части (секции) закономерной структуры процессора при функциональном разбиении её вертикальными плоскостями. Для построения многоразрядных микропроцессоров при синхронном включении секций БИС к ним прибавляются средства "стыковки".

Для формирования высокопроизводительных многоразрядных микропроцессоров необходимо большое количество аппаратных средств, которые не реализуются в доступных БИС. В этом случае возможно возникновение потребности ещё и в функциональном разбиении структуры микропроцессора горизонтальными плоскостями. Вследствие пересмотренного функционального распределения структуры микропроцессора на функционально и конструктивно завершенные части формируются требования для осуществления каждой из них в виде БИС. Все они формируют набор секционных БИС МП.

Таким образом, микропроцессорная секция это БИС, специализированная для обработки некоторых разрядов данных либо исполнения конкретных управляющих операций. Секционност БИС МП устанавливает возможность "наращивания" разрядности обрабатываемых сведений либо усложнения приборов управления микропроцессора при "параллельном" включении наибольшего числа БИС.

Однокристальные и трехкристальные БИС МП, как правило, изготовляют на базе микроэлектронных технологий униполярных полупроводниковых устройств, а многокристальные секционные БИС МП на базе технологии биполярных полупроводниковых устройств. Применение многокристальных микропроцессорных скоростных биполярных БИС, обладающих функциональной завершенностью при небольшой физической разрядности обрабатываемых сведений и монтируемых в корпус с большим количеством выводов, дает возможность осуществить расхождение связи в процессоре, а кроме того реализовать конвейерные основы обработки данных для увеличения его производительности.

2.3 Классификация микропроцессоров по назначению

Согласно назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть использованы для решения обширного круга различных задач. При этом их результативная эффективность достаточно слабо находится в зависимости от проблемной особенности решаемых задач. Квалификация МП, т.е. его проблемная направленность на форсированное осуществление конкретных функций дает возможность стремительно повысить эффективную производительность при решении только лишь конкретных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно отметить разнообразные микроконтроллеры, направленные на осуществление сложных последовательностей логических действий, математические МП, специализированные для увеличения производительности близ исполнении арифметических действий за счет, к примеру, матричных способов их исполнения, МП для обработки сведений в разных сферах применений и т. д. С поддержкой специализированных МП возможно результативно регулировать новейшие сложные задачи синхронной обработки сведений. К примеру, конволюция дает возможность реализовать наиболее сложную математическую обработку сигналов, чем обширно применяемые способы корреляции. Последние в основном сводятся к сопоставлению всего 2-ух серий данных: входных, передаваемых конфигурацией сигнала, и фиксированных опорных и к установлению их сходства. Конволюция предоставляет вероятность в реальном масштабе времени обнаруживать соотношение для сигналов изменяющейся формы посредством сопоставления их с разными эталонными сигналами, что, к примеру, может позволить результативно выделить полезный сигнал на фоне шума[6].

Разработанные однокристальные конвольверы применяются в приборах опознавания образов в тех случаях, если возможности сбора сведений превышают возможности системы подвергать обработке эти данные.

2.4. Микропроцессоров по виду обрабатываемых

Согласно типу обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Микропроцессоры - это цифровые устройства, которые также могут обладать встроенными аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями. Входные аналоговые сигналы переходят в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и уже после обратного преобразования в аналоговую конфигурацию поступают на выход. С архитектурной точки зрения подобные микропроцессоры предполагают собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и именуются аналоговыми микропроцессорами. Они осуществляют функции каждой аналоговой схемы (к примеру, создают генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т.д., сменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т.д.). При этом использование аналогового микропроцессора существенно увеличивает достоверность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а кроме того расширяет функциональные возможности за счет программной "настройки" цифровой части микропроцессора на разнообразные алгоритмы обработки сигналов.

Обычно в составе однокристальных аналоговых МП существует ряд каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых сведений достигает 24 бит и более, огромное значение уделяется повышению быстроты выполнения арифметических действий.

Отличительный признак аналоговых микропроцессоров - умение перерабатывать значительный размер числовых данных, т. е. осуществление действий сложения и умножения с огромной скоростью при потребности даже за счет отказа от действий прерываний и переходов. Аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую форму, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на выход, как правило, в аналоговой форме посредством цифро-аналоговый преобразователя. При этом, в соответствии с теоремой Котельникова, колебание квантования аналогового сигнала должна быть в два раза выше верхней частоты сигнала[7].

Сравнение цифровых микропроцессоров выполняется сопоставлением времени исполнения ими списков операций. Сопоставление же аналоговых микропроцессоров выполняется согласно числу эквивалентных звеньев аналого-цифровых фильтров рекурсивных фильтров 2-го порядка. Эффективность аналогового микропроцессора обусловливается его возможностью моментально осуществлять операции умножения: чем стремительнее выполняется умножение, тем больше эквивалентное число звеньев фильтра в аналоговом преобразователе и тем более сложный метод преобразования цифровых сигналов возможно задавать в микропроцессоре.

Одним из направлений последующего улучшения аналоговых микропроцессоров считается увеличение их универсальности и эластичности. По этой причине совместно с повышением скорости обработки значительного объема цифровых сведений станут совершенствоваться средства обеспечения развитых вычислительных процессов обработки цифровых данных за счет осуществления аппаратных блоков прерывания программ и программных переходов.

2.5 Микропроцессоров по характеру временной организации

Согласно характеру временной организации работы микропроцессоры разделяют на синхронные и асинхронные.

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения действий задаются механизмом управления (время выполнения действий в данном случае не находится в зависимости от типа выполняемых установок и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры дают возможность начало выполнения любой последующей операции установить по сигналу фактического завершения исполнения предшествующей операции. Для наиболее успешного применения каждого устройства микропроцессорной системы в структуру асинхронно работающих устройств включат электронные цепи, обеспечивающие независимую деятельность приборов. Закончив работу надо какой-либо операцией, устройство формирует сигнал запроса, обозначающий его стремление к осуществлению последующей операции. При этом значимость естественного распределителя работ принимает на себя память, что, в согласовании с предварительно определенным приоритетом, осуществляет запросы других устройств согласно обеспечению их командной информацией и данными.

2.6 Микропроцессоров по организации структуры

По организации структуры микропроцессорных систем различают микроЭВМ одно - и многомагистральные.

В одномагистральных микроЭВМ все без исключения устройства обладают идентичным интерфейсом и подсоединены к общей информационной магистрали, согласно которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подсоединяются к собственной информационной магистрали. Это дает возможность реализовать синхронную передачу информационных сигналов согласно нескольким (либо абсолютно всем) магистралям. Подобная организация систем усложняет их строение, но повышает эффективность[8].

2.7 Классификация микропроцессоров по количеству выполняемых

По числу выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры.

В однопрограммных микропроцессорах производится только лишь одна программа. Переход к осуществлению другой программы совершается уже после окончания текущей.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах в то же время производится ряд (как правило несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной деятельности микропроцессорных управляющих систем дает возможность реализовать контроль за состоянием и управлением огромным количеством источников либо приемников информации.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА ПК

3.1 Микропроцессора

Центральным персонального компьютера является управляющий всеми блоками и выполняющий следующие функции[9]:

  • чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
  • чтение данных из основной памяти и регистров внешних устройств;
  • и запросов и от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
  • данных и их в память и регистры адаптеров внешних
  • сигналов для узлов и компьютера.

3.2 Состав

Микропроцессор - это сложная интегральная система, которая состоит из большого количества значимых взаимосвязанных устройств, установленных на кремниевой основе. Процессор включает колоссальное число транзисторов, сопряженных между собой сверхтонкими соеденительными каналами, обеспечивающими их связь при записи и обработке сведений, разрешая микропроцессору осуществлять большое число различных функций. Структурная на рисунке 4.

D:\Алексей\Работа\Подработка\image002.gif

Рисунок 4 - схема

Арифметико-логическое устройство специализировано на выполнении абсолютно всех арифметических и логических действий над числовыми и символьными информационными данными[10].

Устройство управления - согласовывает связь разных элементов ПК и осуществляет следующие ключевые функции:

  • создает и подает во все блоки машины в нужные моменты времени конкретные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные особенностью выполнения разных действий;
  • создает адреса ячеек памяти, применяемых выполняемой операцией, и передает данные адреса в надлежащие конструкции ПК;
  • приобретает от генератора тактовых импульсов противоположную очередность импульсов.

Микропроцессорная память специализирована на кратковременном хранении, записи и выдачи данных, используемых в вычислениях напрямую в ближайшие такты деятельности машины. Микропроцессорная память основывается на регистрах и применяется для предоставления значительного быстродействия ПК, так как основная память не всегда гарантирует скорость записи, поиска и считывания данных, необходимую для результативной деятельности высокоактивного микропроцессора[11].

Интерфейсная система микропроцессора предназначена для взаимосвязи с иными устройствами ПК и состоит из:

  • внутреннего интерфейса микропроцессора;
  • буферных запоминающих регистров;
  • схем управления портами ввода-вывода и системной шины (порт ввода-вывода - это оборудование сопряжения, позволяющая подсоединить к микропроцессору другое устройство).

К микропроцессору и системной шине наравне со стандартными внешними приборами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и доводящие до совершенства функциональные способности микропроцессора. К ним причисляются математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор применяется для форсирования выполнения действий над бинарными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для расчетов тригонометрических функций. Математический сопроцессор обладает собственной системой команд и функционирует одновременно с главным микропроцессором, однако под управлением последнего. В результате происходит форсирование выполнения действий в десятки 1раз[12].

Контроллер прямого доступа к памяти избавляет микропроцессор от непосредственного управления накопителями на магнитных дисках, что значительно увеличивает результативное быстродействие пк.

Сопроцессор ввода-вывода за счет синхронной деятельности с микропроцессором существенно стимулирует осуществление операций ввода-вывода при обслуживании некоторых наружных устройств, избавляет процессор от обработки операций ввода-вывода, в том числе осуществляет порядок непосредственного доступа к памяти.

Прерывание - это временная остановка выполнения одной программы в целях своевременного выполнения другой, в данный период наиболее значимой. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних приборов, устанавливает степень приоритета данного запроса и дает сигнал прерывания в микропроцессор[13].

4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИМИКРОПРОЦЕССОРОВ ПК

4.1 Тактовая частота

Центральный процессор персонального компьютера (микропроцессор) устанавливает поколение, эффективность ПК. От процессора во многом зависит быстродействие, количество операций в секунду. Микропроцессоры также различаются задачами, под которые оптимизирована схема. характеристики микропроцессоров приведены на 4.

Рисунок 4 -

Тактовая - это создаваемым за [14].

Деятельность всех устройств микропроцессора синхронизируется, т.е. согласовывается благодаря электрическим импульсам тактовой частоты, вырабатываемых особой микросхемой, называемой тактовым генератором. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц, млн. тактов в одну секунду). За время каждого такта микропроцессор осуществляет одну элементарную операцию. Чем больше тактовая частота, тем стремительнее функционирует микропроцессор и больше эффективность ПК. Микропроцессору каждого типа отвечает определённая оптимальная для него тактовая частота (clock), рекомендованная фирмой производителем. Существует вероятность определенного повышения тактовой частоты процессора пользователем путём перестановки специализированных перемычек на материнской плате или изменением опций в программе конфигурации ПК, но совершать это без крайней потребности не следует по ряду некоторых факторов: компания-производитель устанавливает тактовую частоту оборудования не произвольно, а так, чтобы компьютер работал с наибольшей скоростью стабильно, без перебоев. Современные микропроцессоры, работая на полной мощности, выделяют до 70 – 130 Вт термической энергии и их оснащают громоздкими радиаторами и вентиляторами, для того чтобы гарантировать приемлемый для этих микросхем тепловой режим, составляющий 50 – 60⁰С. При произвольном повышении тактовой частоты процессора владельцем компьютера (так называемый "разгон процессора", overclocking) система охлаждения может не справиться с увеличивающимся тепловыделением и процессор станет работать в неблагоприятном режиме высоких температур, ускоряющем выработку ресурса микросхемы и уменьшающем продолжительности его деятельности.

Средний службы обычной интегральной схемы 50 –75 лет при температуре и всего лишь ч при Для (в Phenom и Penryn), отличающихся гораздо более тонкой микроструктурой, чем микросхема, службы ещё и составляет не 1000-1500 ч при температуры от до 85 – 90°C.

При опасном пере (около 90⁰С) начинаются перебои в его полный выход из В микропроцессорах от перегрева (интегрированный в ядро процессора ), поддерживаемая и платой, на которую электропитание процессора и его от в случае неосторожного или отказа системы охлаждения. На процессорах , дополнительно к отключению предусмотрена также более защита, обеспечивающая в случае о температуры (до 70-80⁰С) отработку процессором тактов" ( ), кристалл начинает работать через производительность на 50%, и не прекращая работы.

Как следует из сказанного, на современных компьютерах при частоты ожидаемого роста производительности либо снижение либо сокращение срока службы машины и в работе, либо лишается её совсем.

наиболее микропроцессоров с соответствующими тактовыми частотами приведены в 1.

Таблица 1 – микропроцессоры

Фирма

Марка CPU + тактовая частота MHz

Некоторые сравнительные характеристики

Intel

386SX - 25

Имеет 16-разрядную внешнюю шину данных и обменивается с 32-разрядными данными с оперативной памятью и внешними устройствами в два этапа по 16 разрядов.

Intel

386DX - 33

По сравнению с 386SX за один этап.

Intel

486DX2 - 50

Имеет внутри себя схему удвоения частоты подаваемого на них тактового сигнала. Обмен с периферией происходит на частоте 25 MHz.

Intel

486DX - 50

Обмен с периферией происходит по сравнению с 486DX2 на большей частоте, поэтому обеспечивает производительность примерно на 10% больше.

Intel

486DX4 - 75

Имеет внутри себя схему утроения (но не учетверения) частоты подаваемого на них тактового сигнала. При этом в три раза возрастает скорость обработки информации внутри процессора, но не обмена с памятью и внешними устройствами.

Intel

Pentium - 66

Работает в среднем вдвое быстрее 486DX2 с той же частотой.

Intel

Pentium - 100

Процессоры марки Pentium способны одновременно выполнять две инструкции машинного кода.

Motorolla

68030 - 33

Процессоры фирмы Motorolla производят умножение как одну операцию, а не путем последовательных сложений, что значительно повышает быстродействие на той же частоте, в этом их существенное отличие от процессоров фирмы Intel и ее клонов.

4.2 Разрядность микросхем

Разрядность – максимальное число одновременно обрабатываемых двоичных разрядов[15].

Информация внутри компьютера представлена в чисел, логических и нулей, битами (1 бит- разряд, 1 или 0). Между устройствами данные передаются не сплошным потоком, а и- машинными словами, слово передаётся за такт Количество бит в машинном слове разрядностью. Чем больше чем машинное слово, тем быстрее передаётся и информация, тем быстрее работает компьютер[16].

Применительно к микропроцессору, три вида разрядности:

  • разрядность регистров
  • разрядность шины данных;
  • адреса.

Разрядность – это слова внутри Разрядность этого вида вместимостью памяти процессора- регистров. Когда и то подразумевается внутренняя именно разрядность регистров определяет

Под шиной понимается проводников, по которым от к другим данные. Разрядность данных - это проводников в ней. вид длину машинных слов при передаче информации вне процессора, т.е. это длина "внешнего машинного слова". слов микропроцессора и машинного слова могут не

Разрядность адреса - это число в шине. По этим проводникам от к оперативной передаётся информация для определения ячеек памяти, к надо Чем шире шина тем к большему ячеек памяти может Адресное пространство микропроцессора, размер памяти, для данного микропроцессора, величиной 2n, где n- адресной шины.

4.3 Архитектура микропроцессора

Архитектура - это микропроцессора, свойства, особенности и возможности вычислительной на базе микропроцессора[17].

микропроцессоры, при всем разнообразии их типов, и из трех архитектуры: CISC, и MISC к микропроцессорам универсального, а не

Архитектура ( Instruction Set Computer) - -комплексная система управления компьютером. Отличается и расширенными РС, на и

  • большим числом по длине и формату
  • использованием различных адресации;
  • кодировкой

RISC ( Instrucktion Set ) - командо-однородная система управления компьютером, имеет

  • использует систему все имеют одинаковый формат с простой обращение к памяти осуществляется загрузки (данных из ОЗУ в регистр микропроцессора) и (данных из в команды - формата
  • при высоком допускается более низкая частота и меньшая интеграции VLSI;
  • команда меньше
  • на RISC более чем на
  • с архитектурой несовместима.

MISC ( Set ) - многоцелевая сочетает в себе CISC и RISC. Элементная база состоит из (могут быть объединены в корпусе): часть (HOST - ведущая), архитектуры RISC CPU, а часть - с подключением ПЗУ (ROM) управления. При вычислительная - работают на а расширения адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST за такт, а расширение эквивалентно CPU со сложным набором Наличие ПЗУ недостаток RISC, связанный с тем, что при с языка код уже дешифрирована и открыта для

4.4 Быстродействие микропроцессора

микp - это элементарных операций, в единицу (операции/секунда). микропроцессоров в наиболее общем смысле МП, так же, как и цифровых вычислительных определяется как средняя скорость выполнения алгоритма, которого представляет собой смесь, отражающую специфику Смеси для составляются на основе обобщения команд характерных для данного алгоритмов[18].

Однако необходимо учитывать, что таким образом носит усредненный характер и отличаться от значения, для конкретной

Из-за трудности количественного определения быстродействия в приведенном на практике менее общим, но доступным упрощенным понятием. Также понятия и тактовой частоты, косвенно связанные с быстродействием.

всего МП или скоростью короткой сложения R с содержимым с последующей результата в R RJR), в литературе встречаются и определения. Однако МП по быстродействию в приведенном смысле не может корректным в произвольном случае и, того, приводит к заблуждениям. Дело в что выполняемых специфику самих могут различное количество типа RR, время выполнения которых в данном принято за быстродействие. К тому же, сам МП как уже на выполнение различных в вес сложения может практически любым.

Таким по скорости выполнения операции RR можно о универсальных МП, а сравнивать по этой характеристике можно лишь функционально одинаковые МП при ими и той же .

цикла или принято называть МП на к одному слову в памяти. Это время как МП, так и запоминающего

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЭВМ получили широкое распространение, начиная с 50-х годов. Прежде это были очень большие и дорогие лишь в государственных учреждениях и крупных фирмах. Размеры и ЭВМ неузнаваемо в результате разработки называемых

В работе изучения послужили ПК. в выбранной теме; дана классификация и краткая их элементов; структура и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Успехи, достигнутые за существования микропроцессора, четверть века назад и Если так и впредь, то, в . м будут работать на сверхвысоких частотах. При этом транзисторов на процессоре достигнет 1 а – 100 миллиардов в секунду. Трудно даже представить, процессоров расширит сферу их применения, причем не в бизнесе и в Как так и на местах возникнет информационная среда, откроются невиданные возможности.

Будущее микропроцессорной техники связано сегодня с двумя новыми направлениями - и квантовыми вычислительными Эти пока еще главным образом исследования в логических схем и даже для вычислений должны не как а положение отдельных атомов или направление вращения электронов. "микроскопические" будут созданы, то они обойдут по многим параметрам.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ

1. А. В. Архитектуры и многопроцессорных систем: учеб. пособие / А. В. Богданов, В.В Мареев., Е.Н Станкова. – Москва: БИНОМ. 2014. - 176 с.

2. Горюнов Микропроцессоры: учеб. пособие /А. Г. Гуров, С. Н Ливенцов – Изд-во ТПУ, 2015. - 89 с.

3. Архитектура микропроцессоров: учеб. пособие / В.В. Гуров – Москва.: БИНОМ. Лаборатория 2014 - 273 с.

4. Гуров и архитектура компьютеров: / В.В. Гуров – Москва.: БИНОМ. Лаборатория 2018.- 104 с.

5. Диков А. В. Основы компьютерной технологии для учителя математики. Часть 2: Учебное пособие / А.В. Диков – Пенза: ПГПУ, 2014. - 104с.

6. Еремин Е. А. Как работает современный компьютер / Е.А. Еремин – Пермь, 2017.с 36.

7. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера / В.П.Леонтьев – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2016. - 800с.

8. Новиков Ю.В. микропроцессорной техники: учеб. пособие /, Ю. В. Новиков, П.К Скоробогатов. микропроцессорной техники. – Москва.: БИНОМ. Лаборатория 2016. - 368 с.

9. Новиков Введение в цифровую схемотехнику: учеб. пособие / Ю. В. Новиков – Москва: Лаборатория 2016. - 344 с.

10. Симонович С. В Базовый / С. В. Симонович и др. – Санкт-Перербург.: Питер, 2015. - 640 с.

  1. Богданов А. В. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем: учеб. пособие / А. В. Богданов, В.В Мареев., Е.Н Станкова. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 176 с.

  2. Богданов А. В. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем: учеб. пособие / А. В. Богданов, В.В Мареев., Е.Н Станкова. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 176 с.

  3. Богданов А. В. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем: учеб. пособие / А. В. Богданов, В.В Мареев., Е.Н Станкова. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 176 с.

  4. Гуров В.В. Архитектура микропроцессоров: учеб. пособие / В.В. Гуров – Москва.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 273 с.

  5. Симонович С. В Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. – Санкт-Перербург.: Питер, 2015. - 640 с.

  6. Симонович С. В Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. – Санкт-Перербург.: Питер, 2015. - 640 с.

  7. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера / В.П.Леонтьев – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2016. - 800с.

  8. Горюнов А.Г. Микропроцессоры: учеб. пособие /А. Г. Гуров, С. Н Ливенцов – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. - 89 с.

  9. Симонович С. В Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. – Санкт-Перербург.: Питер, 2015. - 640 с.

  10. Гуров В.В. Компоненты и архитектура компьютеров: конспект / В.В. Гуров – Москва.: БИНОМ. Лаборатория знаний,2018.- 104 с.

  11. Симонович С. В Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. – Санкт-Перербург.: Питер, 2015. - 640 с.

  12. Гуров В.В. Архитектура микропроцессоров: учеб. пособие / В.В. Гуров – Москва.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. - 273 с.

  13. Симонович С. В Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. – Санкт-Перербург.: Питер, 2015. - 640 с.

  14. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера / В.П.Леонтьев – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2016. - 800с.

  15. Новиков Ю.В. Основы микропроцессорной техники: учеб. пособие /, Ю. В. Новиков, П.К Скоробогатов. Основы микропроцессорной техники. – Москва.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016. - 368 с.

  16. Диков А. В. Основы компьютерной технологии для учителя математики. Часть 2: Учебное пособие / А.В. Диков – Пенза: ПГПУ, 2014. - 104с.

  17. Новиков Ю.В. Введение в цифровую схемотехнику: учеб. пособие / Ю. В. Новиков – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016. - 344 с.

  18. Новиков Ю.В. Введение в цифровую схемотехнику: учеб. пособие / Ю. В. Новиков – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016. - 344 с.