Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора.pdf

ВВЕДЕНИЕ

В наше время спектр задач, требующих применения электронно- вычислительных машин в целях их решения, еще в большей мере расширены. Это связано с тем, что кардинальные преобразования произошли в формировании самих высоконаучных исследованиях и в изучении этой отрасли. Вследствие массового внедрения компьютерных технологий существенно повысилось направление численного моделирования и численного эксперимента. Численное моделирование, заполняющее пропасть между физическими экспериментами и аналитическими методами, позволило изучать явления, которые либо слишком сложны для исследования аналитическими методами, либо слишком дороги или опасны для экспериментального исследования. Вместе с тем численный эксперимент сделал возможным ощутимо снизить стоимость процесса научно-технического поиска. В настоящее время стало реальным моделировать процессы высокоинтенсивных физико-химических и ядерных реакций, планетарных атмосферных процессов, процессов хозяйственного и индустриального развития районов и т. д. Несомненно, что решение подобных масштабных проблем и задач требует существенных вычислительных ресурсов.

Вычислительное направление применения ЭВМ всегда оставалось основным двигателем прогресса в компьютерных технологиях. Поэтому неудивительно, что в качестве основной характеристики компьютеров используется такая величина, как производительность - значение, указывающее, сколько арифметических операций он может выполнять за единицу времени.

Именно этот показатель с максимальной наглядностью иллюстрирует размах прогресса, достигнутого в компьютерных технологиях. Например, быстродействие одного из ранних компьютеров EDSAC была всего приблизительно 100 операций в секунду, тогда как предельная производительность самого мощного суперкомпьютера Earth Simulator на сегодняшний день считается в 40 триллионов операций в секунду. Те. прирост мощности в 400 миллиардов раз! Нельзя назвать другую область человеческой деятельности, где развитие был бы в такой степени очевидным и настолько значительным.

Объектом исследования курсовой работы является ЭВМ (электронно-вычислительная машина), предметом исследования – процессор персонального компьютера

Целью данной курсовой работы является рассмотрение и исследование общего принципа работы процессора персонального компьютера.

Задачи курсовой работы:

• провести классификацию современных ЭВМ
• рассмотреть базовую структуру и принципы построения ЭВМ
• раскрыть понятие «Электронная вычислительная машина»;
• выяснить преимущества использования ЭВМ в сферах связанных c системами сбора и обработки информации;
• обобщение и систематизация результатов исследования по разработке методов повышения производительности проектируемых микропроцессоров, процессорных модулей и ЭВМ;

Курсовая работа состоит из 41 листов, которая включает введение, три главы, заключение и список использованной литературы.

В первой главе приводятся классификации ЭВМ по различным признакам. Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Рассмотрены будут лишь некоторые из них, о которых наиболее часто упоминают в доступной литературе и средствах массовой информации. В основу классификации заложена элементная база, на которой строятся ЭВМ.

Во второй главе рассматриваются основные принципы функционирования ЭВМ. Базовые структурные элементы современного компьютера, функции и характеристики, организация и работа современных ЭВМ используемых в научно-технических расчетах, обработки информации и т.д.

Третья глава посвящена устройству центрального процессора использующихся в современных ЭВМ их классификации и его основных технических характеристиках, система команд процессора.

При выполнении курсовой работы использовались научные труды следующих авторов: [1] Авдошин А.А., Песоцкая Е.В. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа, - М.: ДМК-Пресс, 2014 г., 176 с., [2] Аникеев С. П., Маркин Н.В. Как работает современный компьютер. Самоучитель, - М.: Диалог-МИФИ, 2015 г., 160 с., [3] Арнольд В. Архитектура компьютера, - М.: Эксмо, 2013 г., 528 с., [4] Белл К., Киндал В., Талманн А. Архитектура современных ЭВМ, - М., BHV, 2016 г., 624 с.

1. Классификация современных ЭВМ

1.1. Классификация ЭВМ по принципу действия

ЭВМ бывают разных типов и форм, все вычислительные машины можно разделить на ряд групп и видов, объединяя их по общим признакам. Существует много различных типов компьютеров, используемых только в определенных специализированных контекстах, таких как суперкомпьютеры и серверы. Основные принципы работы компьютера, как правило, одинаковы.

ЭВМ классифицируются: по принципу действия; по этапам создания; по назначению; по размерам и функциональным возможностям.

По принципу действия ЭВМ делятся на три больших класса:

• цифровой (ЦВМ)
• аналоговые (АВМ),
• гибридные (ГВМ).

Критерием для разделения компьютеров на эти три класса считается форма представления информации, с какой они работают.

Цифровые ЭВМ - компьютеры дискретного действия, работающие с информацией, представленной в дискретном, если быть точным, цифровом виде.[1, стр.57]

Аналоговая вычислительная машина (АВМ) в которых действие происходит непрерывно, которые работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Гибридные ЭВМ (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной в цифровой и аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. Для решения задач контроля сложными высокоскоростными техническими комплексами целесообразно использовать ГВМ. [13, стр.97]

1.2 Классификация ЭВМ по этапам создания

Классификация ЭВМ по этапам создания используемой элементной базе условно делятся на поколения:

1 Первое Поколение 1946-1959. Работающие на вакуумных трубках

2 Второе поколение 1959-1965. На основе транзистора.

3 Третье Поколение 1965-1971. Основанные на интегральных схемах.

4 Четвертое Поколение 1971-1980. Микропроцессорные СБИС.

5 Пятое поколение 1980-года. Микропроцессор на основе ULSI.

6 Шестое поколение - можно определить как эпоху интеллектуальных компьютеров, основанных на искусственных нейронных сетях или «искусственных мозгах». Они будут компьютерами, в которых будут использоваться сверхпроводники в качестве материалов для изготовления компонентов процессоров, что позволит не тратить электроэнергию на нагрев из-за отсутствия сопротивления, получения производительности и экономии энергии. Увеличение производительности будет примерно в 30 раз больше, чем у одного и того же частотного процессора с использованием базовых металлов. [2, стр.35]

1.3 Классификация ЭВМ по назначению

Классификация ЭВМ по назначению: Их можно разделить на три группы:

- универсальные (общего назначения),

- проблемно-ориентированные

- специализированный.

Универсальные компьютеры предназначены для решения разнообразных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, которые усложняются алгоритмами и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных систем.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, обычно связанных с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно простым алгоритмам; они обладают ограниченными аппаратными и программными ресурсами по сравнению с универсальными компьютерами. К проблемно-ориентированным компьютерам можно отнести, в частности, всевозможные системы управления вычислительными системами. [5, стр.63]

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. Специализированные компьютеры могут включать, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными простыми техническими устройствами, агрегатами и процессами, устройства для согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем. [2, стр.77]

1.4. Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

ЭВМ по размерам и функциональным возможностям можно в широком смысле классифицировать по скорости и вычислительной мощности.

1 Рабочая станция — это также однопользовательская компьютерная система, похожая на персональный компьютер, однако имеет более мощный микропроцессор. [3, стр.87]

2 МиниЭВМ — это многопользовательская компьютерная система, способная одновременно поддерживать сотни пользователей.

3 Мэйнфрэйм это многопользовательская компьютерная система, способная одновременно поддерживать сотни пользователей. Программная технология отличается от миникомпьютера.

4 Суперкомпьютер — это чрезвычайно быстрый компьютер, который может выполнять сотни миллионов инструкций в секунду.

2 Базовая структура и принципы построения ЭВМ

Физические компоненты, которые создают всю компьютерную систему, называются аппаратное обеспечение. Он включает в себя устройства ввода и вывода, центральный процессор и другие электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, интегральные схемы (ИС) и т. Д. Функции аппаратного обеспечения - принимать исходные данные в качестве входных данных, манипулировать или обрабатывать данные, хранить данные и информацию для дальнейшего использования и, наконец, отобразить требуемую информацию в качестве вывода. Два компонента являются основными в аппаратной структуре - центральный процессор (CPU) и основная память. Центральный процессор (ЦП) контролирует и контролирует работу других устройств и поток информации с этих устройств и с этих устройств и выполняет все необходимые манипуляции с данными. Основная память используется для хранения информации для немедленного доступа CPU. [4, стр.72]

Память только для чтения (ПЗУ) является типом энергонезависимой памяти и представляет собой компьютерную память, на которой данные были предварительно записаны. Устройства ввода / вывода обеспечивают интерфейс между компьютером и пользователем. Существует, по меньшей мере, одно устройство ввода (например, клавиатура, мышь, измерительное устройство, такое как датчик температуры) и, по меньшей мере, одно устройство вывода (например, принтер, экран, устройство управления, такое как привод). Устройства ввода и вывода, такие как клавиатуры и принтеры, вместе с внешними устройствами хранения, называются периферийными устройствами. [5, стр.67]

Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Микросхемы, припаянные к материнской плате, предоставляют различные функции управления системой, позволяющие ЦП концентрироваться на своей основной роли, а именно на выполнении программ. Этот набор микроконтроллеров иногда называют чипсетом материнской платы, хотя более узкое определение термина относится к двум основным чипам (так называемый северный мост и южный мост), которые обеспечивают интерфейс связи между основными компонентами и остальной частью системы. Из-за большого количества соединений, требуемых на современной материнской плате, большинство соединений состоят из очень узких металлических дорожек, называемых следами. Многие сигналы, посылаемые в направлении и обратно между основными компонентами системы, такими как центральный процессор и основная память, имеют очень высокие частоты. Следовательно, расстояние между этими компонентами должно быть, как можно меньше, чтобы минимизировать проблемы с обработкой, а также проблемы, связанные с электромагнитными эффектами (шумами), генерируемыми на таких высоких частотах. Поэтому хорошая конструкция материнской платы имеет решающее значение для общей производительности компьютерной системы. [27, стр.88]

Чипсет - представляет собой набор микроконтроллерных чипов, который обеспечивает высокоскоростной коммуникационный интерфейс между основными компонентами системы и выполняет многие из низкоуровневых функций аппаратного управления, позволяя процессору тратить большую часть времени на выполнение программы инструкции. Чипсет тщательно разработан для работы с конкретным процессором или диапазоном процессоров, чтобы максимизировать производительность и в то же время снизить стоимость системы. Периферийные устройства, обычно встроенные в современную материнскую плату ПК, включают в себя интегрированные графические и звуковые карты, а также Ethernet и беспроводные сетевые адаптеры. Два главных чипа на материнской плате обеспечивают основную логику системы и стали известны как северный мост (также называемый концентратором контроллера памяти) и южный мост (иначе известный как концентратор контроллера ввода / вывода), которые принимают их соответствующие имена от их относительных позиций на материнской плате.