Файл: Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК (Микропроцессор. История возникновения. Виды и характеристики современных микропроцессоров).pdf

Содержание:

Введение

Самый значительный составляющую всякого индивидуального компа - это процессор, который управляет работой компа и исполняет огромную доля обработки инфы. На нынешний денек непросто отыскать район техники, где не приноравливались бы микропроцессоры. Они используются при вычислениях, они делают функции управления, они применяются при обработке звука и изображения.

Актуальность данной темы произведено в том, собственно что процессор компьютера считается почвой прогрессивной компьютерной техники. При данном перед процессором ставились задачки программного управления разными периферийными объектами в реальном масштабе времени.

Задача курсовой работы - обсуждение систематизации, структуры и ведущих данных процессоров ПК.

За всё время существования электрическая индустрию протянула много революций и перемен. Исконный перелом - создание элек-ронных микросхем на кремниевых кристаллах, которые поменяли транзисторы и которые нарекли интегральными схемами. Со времени собственного возникновения интегральные схемы делились на: мелкие, средние, гигантские и ультра гигантские. Все более транзисторов посчастливилось поместить на всё наименьших по объемам кристаллах. Из сего идет по стопам, собственно что ультра гигантская интегральная схема оказывалась не подобный уж большущий по объему и большой по собственным вероятностям. Следовательно, микропроцессоры сделаны на основе УБИС. Становление микропроцессоров в электрической промышленности протекало так резвыми темпа-ми, собственно что любая модель процессора становилась маломощной с этапа возникновения свежей модели, а еще сквозь 2-3 года являлась устаревшей и снималась с изготовления. [1]

Микропроцессор. История возникновения. Виды и характеристики современных микропроцессоров.

Например случилось, собственно что кое-какие транзисторы и интегральные схемы были изменены с рынка свежим устройством — процессором. Это и было началом свежей компьютерной времена, которая продолжается буквально 40 лет. Отсчет свежего летосчисления компьютерной времена ведут с 1971 г., когда командой во главе с профессиональным изобретателем, медиком Тэдом Хоффом был сотворен 1-ый микропроцес-ор Intel 4004. Сейчас имя Хоффа стоит с именами самых больших гениев всех лет и народов, но вряд ли доктор знал в то время, во собственно что изольется разработанный им «компьютер на одном кристалле». Изначально микропроцессор 4004 предназначался для микрокалькуляторов и был приготовлен по заказу одной японской компании. Данная компания обанкротилась, например и не дождавшись обещанного процессора, — и в итоге разработка перебежала в имущество Intel. В данный этап и стартовала эра индивидуальных компов, коих настал в начале 80-х. Как раз за это время компанией 1ВМ был выпущен уже ставший легендарным компьютер 1ВМ PC на базе свежего процессора все что же компании Intel. Удивительно— но за эти годы старому доброму процессору так и не нашлось достойного соперника! Однако на данный момент процессоры от Intel быстрее своего создателя более чем в десять тысяч раз, а любой обычный компьютер обладает мощностью и функциональностью во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон» к Луне. Факт, который создатель не постеснялся привести строкой, упомянутый выше, уже давно стал клеймом, обязательным в любой рекламе фирмы Intel.

1.Определение микропроцессора

Микропроцессор (приложение 1) – это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Основные функции процессора: выработка синхронизирующих сигналов; формирование исполнительных адресов для обращения к оперативной памяти; связь обмена информацией между оперативной памятью и внешними устройствами; организация многопрограммной работы.

В микропроцессорах - наиболее трудных микроэлектронных устройствах - воплощены самые успешные достижения инженерной мысли. В условиях свойственной данной отрасли производства жесткой конкуренции и крупных капиталовложений выпуск каждой новой техники микропроцессора, так или иначе, связан с очередным научным, конструкторским, технологическим достижением.

В микропроцессорах нашли отражение высокие научно-технические достижения в области физики твердого тела, кристаллографии, радиотехники и электроники, математики и автоматизации, кибернетики и электроники.

Известны разные применения микропроцессоров. Самым главным из них являются: физическое и математическое моделирование автоматизация электротехнического оборудования, управление производством, обработка результатов работы, управление приборами и искусственными органами в системе здравоохранения, оснащение безопасности движения на транспорте и т.д.

1.1.Классификация и функция микропроцессоров

Большая интегральная схема (БИС) - интегральная схема (ИС) с высокой степенью интеграции, используется в электронной аппаратуре как функционально законченный узел устройств вычислительной техники, автоматики, измерительной техники и др.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
• чтение данных из операционной системы и регистров адаптеров внешних устройств;
• прием и обработку запросов от адаптеров на обслуживание внешнего устройства;
• обработку данных и их запись в оперативную систему и регистры адаптеров ВУ;
• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Универсальные микропроцессоры разделяют на CISC - и RISC-микропроцессоры. CISC-микропроцессоры (Completed Instruction Set Computing - вычисления с полной системой команд) имеют в своем составе стандартный набор команд с глубоко развитыми режимами адресации операндов. Например, микропроцессоры типа Pentium. В то же время RISC‑микропроцессоры (reduced instruction set computing - вычисления с сокращенной системой команд) используют, как следует из определения, уменьшенное количество команд и режимов адресации. Например: Alpha 21x64 и Power PC. [1]

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК или просто МК) используют в системах промышленной и бытовой сфере. Они представляют собой большие интегральные схемы, которые включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления максимальной конфигурации: процессор (как правило, целочисленный), ЗУ команд, ЗУ данных, генератор тактовых сигналов, программируемые устройства для связи с внешним миром иногда аналого-цифровые и т. д.

Тем не менее возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса.

Секционированные микропроцессоры (другие названия: микропрограммируемые и разрядно-модульные) - это микропроцессоры, которые предназначенные для построения специальных процессоров. Они состоят из микропроцессорные секции относительно маленькой (от 2 до 16) разрядности с пользовательским доступом к микропрограммному уровню управления и средствами для объединения множества секций.

По действию различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Типичные микропроцессоры возможно применять для выполнения многих аспектов задач. При этом их эффективная производительность мало зависит от актуальной специфики решаемых задач. Специализация - его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных задач позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных функций.

Среди специализированных микропроцессоров можно отнести различные микроконтроллеры, которые ориентированы на выполнение сложных последовательностей логических операций. С помощью специализированных МП можно с легкостью решать новые сложные функции параллельной обработки данных.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры

Аналоговые микропроцессоры состоят из аналоговых и функциональных преобразователи сигналов. Они выполняют задачи любой аналоговой схемы. При этом использование аналогового микропроцессора преимущественно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, и расширяет функциональные возможности.

В составе однокристальных аналоговых МП имеется пару троек каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более, большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.

По хaрактеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные.

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых нaчaло и конец выполнения операций зaдаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зaвисит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Aсинхронные процессоры дают возможность начало выполнения каж-дой надлежащей операции квалифицировать по сигналу фaктической концов-ки выполнения предшествующей операции. Для больше действенного использования кaждого прибора микропроцессорной системы в со-став aсинхронно работaющих приборов вводят электрические цепи, обеспечивающие aвтономное функционирование приборов. Окончив работу над какой-нибудь операцией, прибор вырабaтывает знак зaпроса, значащий его готовность к выполнению надлежащей оперaции. При данном роль натурального рaспределителя дел принимает на себя пaмять, которая в согласовании с зaранее установленным ценностью делает требования других приборов по обеспечению их комaндной информацией и данными.

Структурные микропроцессоры бывают микроЭВМ одно- и многомагистральные.

В одномагистральных микроЭВМ все прибора имеют раз и что же интерфейс и подключены к единственной информационной трассе, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ прибора группами подключаются к собственной информационной трассе.В связи с данным они осуществляют долговременную передачу сигналов по всем или же нескольким трассам. Эта организация систем наращивает воспроизводи-мость.

По численности производимых программ различают одно- и многопро-граммные процессоры

Когда выполняется только одна программа такие микропроцессоры называют однопрограммными. Переход к выполнению другой прогрaммы происходит после завершения текущей программы.

Когда выполняются две или несколько задач одновременно, то такие микропроцессоры называются многопрограммными. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом приемников или источников информации.

1.2.Структура микропроцессоров

Микропроцессорная система состоит из самого микропроцессора и модуля ввода и вывода информации, а так же интерфейса памяти. Среди микропроцессорных систем очень важное место имеют системы общего назначения, которые предназначены для решения широкого круга различных задач по обработки информации в цифровой форме согласно заданной программе.

Дешифрацию и выборка схем управления исполняет чтение команд. В первых микропроцессорах не было возможно одновременное выполнение предыдущей команды и выборка следующей команды, так как процессор не мог совмещать эти операции. Но уже в 16-разрядных процессорах появляется так называемый конвейер (очередь) команд, позволяющий выбирaть несколько следующих комaнд, пока выполняется предыдущая. Два процесса идут параллельно, что ускоряет работу процессора. Конвейер предстaвляет собой небольшую внутреннюю пaмять процессора, в которую при малейшей возможности (при освобождении внешней шины) зaписывается несколько команд, следующих за исполняемой. Читаются эти комaнды процессором в том же порядке, что и записываются в конвейер (это память типа FIFO, First In — First Out, первый вошел — первый вышел). Только если выполняемая команда предполагает переход не на следующую ячейку памяти, а на удаленную (с меньшим или большим адресом), конвейер не помогает, и его приходится сбрасывать. Но такие команды встречаются в программах относительно редко.

Развитием идеи сборочного потока стало внедрение внутренней кэш-памяти микропроцессора, которая заполняется командами, пока же микропроцессор занят выполнением прошлых команд. Чем более размер кэш-памяти, что меньше возможность такого, собственно что ее содержимое будет необходимо сбавить при команде перехода. Конечно, собственно что возделывать команды, которые присутствуют во внутренней памяти, микропроцессор имеет возможность значительно скорее, чем те, которые находятся во наружной памяти. В кэш-памяти имеют все шансы сберегаться и данные, которые обрабатываются в этот момент, это еще ускоряет работу. Для большего ускорения выборки команд в передовых микропроцессорах используется обьединение подборки и дешифрации, одновременную дешифрацию нескольких команд, некоторое количество параллельных конвейеров команд, прорицание команд переходов и кое-какие иные способы.

В соответсвии с полученной процессором командой рифметико-логическое устройство (или АЛУ, ALU) предназначается для обработки информации. Например, обработки могут служить логические операции (типа логического «И», «ИЛИ», «Исключающего ИЛИ» и т.д.) то есть побитные операции над операндами, а также арифметические операции (типа сложения, вычитания, умножения, деления и т.д.). Над какими кодами проходит операция, куда перемещается ее результат — определяется выполняемой командой. Если команда приходит всего лишь к пересылке данных без их обработки, то АЛУ не участвует в ее выполнении.