Файл: Устройство персонального компьютера (ГЛАВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ)).pdf

Далее, им излагается состав самого микропроцессора: арифметико-логическое устройство, схема управления и синхронизации, регистр аккумулятор, сверхоперативное запоминающее устройство, программный счетчик, адресный стек, регистр команд и дешифратор кода операции, параллельные шины данных ввода и вывода, схема управления памятью и вводом-выводом.

В данном разделе дается определение термину «микропроцессор».

Все данные компоненты являются частью структуры типового микропроцессора.

3.2 Структура типового микропроцессора

Главные характеристики микропроцессора

1) Тактовая частота, которая определяет время выполнения (максимальное) переключения элементов ЭВМ

2) Разрядность, максимальная частота одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядность микропроцессора (МП) обозначается тремя символами через косую черту: m/n/k

m - разрядность внутренних регистров, определяющее принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n - разрядность шины данных (ШД), определяет скорость передачи информации через нее (ШД);

k - разрядность шины адреса (ША), определяет размер адресного пространства.

3) Архитектура

Ершова описывает архитектуру микроцессоров схемой ()

Микропроцессор служит координирующим устройством между компонентами цифровой системы с помощью шины управления (ШУ). Помимо нее (ШУ), есть 16 разрядная адресная шина (ША), функцией которой является выбор определенной ячейки памяти, порта ввода или вывода. 8-и разрядная шина данных (ШД) двунаправленно пересылает данные к МП и от МП. Ершова упомянула о важности выделения того, что МП может посылать информацию в память микро электронно-вычислительной (микроЭВМ) машины, либо к одному из портов вывода, добавляя то, что микроЭВМ может получать данные из памяти, или от одного из портов ввода.

Важно упомянуть о том, что МП может посылать информацию в память микроЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода.

В данном разделе главы, иззложены главные характеристики микропроцессора, а также, кратко определена архитектура микропроцессора.

3.3 Процессоры Intel

Нурдиной (Современное развитие архитектур микропроцессоров) отмечено, что первый микропроцессор, выпущенный Intel, послужил началом эпохи «всеобщей компьютеризации». Частота чипов Intel с 1971 по 2009 выросла практически в 410 тыс. раз.

По ее словам, первый чип Intel 4004 работал на частоте 750 КГц, содержал 2300 транзисторов, производительность его оценивалась в 60 тыс. операций в секунду. На день написания статьи, тактовая частота процессоров превысила 2 ГГц, количество транзисторов более 50 млн., пиковая производительность составляла более 7 млрд. операций в секунду.

В этом разделе 3-й главы приведен пример роста производительности микропроцессора с течением времени.

3.3.1 Важность процессоров Intel Core ix

Акиншин Леонид в электронном журнале Cyberlinka описывает почему процессоры семейств Intel Core ix (x=3,5,7) вправе претендовать на особое к ним отношение: «Процессоры семейств Intel Core i3/i5/i7 вправе претендовать на особое к ним отношение уже потому, что число новых встраиваемых разработок на базе Intel Core i3/i5/i7 грозит затмить все, что мы видели до сих пор, причем произойдет это в самое ближайшее время. Подобное развитие событий предопределено тремя факторами разной степени банальности:

во‑первых, ростом рынка ВКТ (встраиваемых компьютерных технологий) в целом;

во‑вторых, все более масштабным перетеканием технологий из индустрии массовых систем на рынок Embedded;

и, в‑третьих, ускорением темпов этого перетекания.

Первый пункт в особых комментариях не нуждается: ясно, что, если рынок растет, то растет и число продуктов на нем, особенно в бурно развивающихся сегментах. А сегмент встраиваемых продуктов на базе многоядерных процессоров развивается весьма бурно: если еще год-полтора назад разработчикам приложений класса Embedded приходилось объяснять, для чего им нужны ЦП с двумя ядрами вместо одного, то сегодня эти люди сами требуют у поставщиков многоядерные решения максимально возможной производительности.»

Здесь цитирована часть статьи Акиншина в журнале Cyerlink, для объяснения важности процессоров от фирмы Intel.

Далее в последующих разделах, 3.4-3.6 будет написано про устройства находящиеся в тесной связи с процессором: шина данных (ШД), шина адреса или адресная шина (ША) и внутренная шина данных (ВШД)

3.4 Шина данных

Быстродействие процессора напрямую определяется производительностью и разрядностью внешней шиной данных, так как именно через нее (шина данных) выводится и вводится информация на прочие комплектующие устройства.

«Когда говорят о шине процессора, чаще всего имеют в виду шину данных, представленную как набор соединений (или выводов) для передачи или приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных передается по ней за определенный интервал времени и тем быстрее она работает.»

3.5 Шина адреса (ША)

Шина адреса представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные.

Как и в шине данных, по каждому проводнику передается один бит, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение коли‑ чества проводников (разрядов), используемых для формирования адреса, позволяет увели‑ чить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором. Представьте себе следующее. Если шина данных сравнивалась с автострадой, а ее разряд‑ ность — с количеством полос движения, то шину адреса можно ассоциировать с нумерацией домов или улиц. Количество линий в шине эквивалентно количеству цифр в номере дома. Например, если на какой‑то гипотетической улице номера домов не могут состоять более чем из двух цифр (десятичных), то количество домов на ней не может быть больше ста (от 00 до 99), т.е. 102. При трехзначных номерах количество возможных адресов возрастает до 103 (от 000 до 999) и т.д. В компьютерах применяется двоичная система счисления, поэтому при 2‑разрядной адре‑ сации можно выбрать только четыре ячейки (с адресами 00, 01, 10 и 11), т.е. 22, при 3‑разрядной — восемь (от 000 до 111), т.е. 23, и т.д. К примеру, в процессорах 8086 и 8088 ис‑ пользуется 20‑разрядная шина адреса, поэтому они могут адресовать 220 (1048576) байт, или 1 Мбайт памяти. Объемы памяти, адресуемой процессорами Intel, приведены в табл. 3.4.

3.6 Внутренняя шина данных (ВШД)

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характе‑ ризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр — это, по существу, ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные в двух различ‑ ных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность регистра определяет количество разрядов данных, обрабатываемых процессором, а также характеристики про‑ граммного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Например, процессоры с 32‑разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32‑разрядные команды, которые обрабатывают данные 32‑разрядными порциями, а процессоры с 16‑разрядными регистрами этого делать не могут.

Процессоры, начиная с 386 и заканчивая Pentium 4, имели 32‑разрядные регистры и поэтому могли обеспечивать работу одних и тех же 32‑разрядных приложений.

Процессоры Core 2 и Athlon 64 имеют как 32‑, так и 64‑разрядные регистры; это значит, что на них можно запускать существующие 32‑разрядные приложения и их но‑ вые 64‑разрядные версии.

В некоторых очень старых процессорах разрядность внутренней шины данных (а шина состоит из линий передачи данных и регистров) превышает разрядность внешней. Например, в процессорах 8088 и 386SX разрядность внутренней шины вдвое больше разрядности внешней.

3.7 Быстродействие процессора

Быстродействие — это одна из характеристик процессора, которую зачастую толкуют по‑разному.. Быстродействие компьютера во многом зависит от тактовой частоты, обычно измеряемой в мегагерцах (МГц). Она определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца, заключенный в небольшой оловянный контейнер.

В новых материнских платах кварцевый резонатор может быть интегрирован в набор микросхем системной логики. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрического тока с частотой, определяемой формой и размером кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой.

Микросхемы обычного компьюте‑ ра работают на частоте нескольких миллионов или миллиардов герц. (Герц — одно колебание в секунду.) Быстродействие измеряется в мегагерцах, т.е. в миллионах циклов в секунду. Так‑ товый сигнал имеет форму синусообразной волны, расстояние между пиками которой и оп‑ ределяет частоту (рис. 3.1).

В этом разделе главы, было дано описание быстродействию процессора с помощью труда Мюллера «Модернизация компьютера»

3.7.1 Тактовая частота процессора

Почти все современные процессоры, начиная с 486DX2, работают на тактовой частоте, которая равна произведению некоторого множителя на тактовую частоту системной платы. Например, тактовая частота 2,53 ГГц процессора Pentium 4 в 4,75 раза превышает тактовую частоту 533 МГц шины системной платы, а частота 2,083 ГГц процессора Athlon XP 2800+ с новейшим ядром Barton в 6,25 раза превышает тактовую частоту системной платы, состав‑ ляющую 333 МГц. До начала 1998 года все процессоры Intel поддерживали частоту системной шины 66 МГц.

Здесь, объясняется что такое тактовая частота процессора. В пример приведены характеристики процессоров Pentium 4, Athlon XP 2800+, а так же серия процессоров Intel.

3.11 Разгон процессора

В некоторых системах можно установить большую рабочую частоту процессора; это называется разгоном (overclocking). После установки больших значе‑ ний частоты процессора повышается и его быстродействие. Практически все типы процессо‑ ров имеют так называемый “технологический запас” безопасного увеличения тактовой часто‑ ты. Например, процессор с частотой 3,0 ГГц способен работать на частоте 3,5 ГГц и выше. Разгон процессора подобен прогулке по краю пропасти, поскольку процессор приближается к своей максимально возможной тактовой частоте.

В этом разделе описывается полезная функция процессора именуемая разгон процессора, как она влияет на работу процессора.

VI ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ, ЕЕ ТИПЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

4.1 Что такое оперативная память

В этой главе память рассматривается как в логическом, так и в физическом аспектах. Здесь описываются микросхемы и модули памяти, которые можно установить в компьютере, и приводятся их характеристики. В этой главе вы найдете достоверную информацию, которая развеет все мифы, ассоциированные с памятью, и позволит эффективнее использовать компьютерЗа несколько лет определение RAM превратилось из обычной аббревиатуры в термин, означающий основное рабочее пространство памяти, создаваемое микросхемами динамической оперативной памяти (Dynamic RAM — DRAM) и используемое процессором для выполнения программ.

4.2 Типы оперативной памяти

1) Память типа ROM

В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устрой# ство), данные можно только хранить; изменять их нельзя. Именно поэтому данная память используется только для чтения данных. ROM также часто называют энергонезависимой памятью, потому что любые записанные в нее данные сохраняются при выключении питания.

2)Память типа DRAM

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM — DRAM) используется в большинст# ве систем оперативной памяти современных ПК. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки очень плотно упакованы, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно организовать память большой емкости. Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удержива# ют заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать” и данные будут потеряны.