Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров пк (исторический аспект развития микропроцессоров пк 4) [курсовая №6197]

Введение

Важнейший компонент любого персонального компьютера — это микропроцессор, который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации.

В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры.

Актуальность этой темы состоит в том, что микропроцессор компьютера является основой современной компьютерной техники. Компьютерная техника лежит в основе современного прогресса. Она обеспечивает работу современных станков, контроль технологических процессов на производстве, связь на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса. И в зависимости от того, как будет в будущем меняться мощность этой маленькой детали, будет зависеть производительность всей компьютерной техники в целом.

В микропроцессорах — наиболее сложных микроэлектронных устройствах — воплощены самые передовые достижения инженерной мысли. В условиях свойственной данной отрасли производства жесткой конкуренции и огромных капиталовложений выпуск каждой новой модели микропроцессора, так или иначе, связан с очередным научным, конструкторским, технологическим прорывом.

В микропроцессорах нашли отражение высокие научно-технические достижения в области физики твердого тела, кристаллографии, радиотехники и электроники, математики и автоматизации, кибернетики и электроники. Известны различные применения микропроцессоров. Важнейшими из них являются: автоматизация электротехнического оборудования, управление производством, физическое и математическое моделирование, обработка результатов экспериментов, управление приборами и искусственными органами в медицине, обеспечение безопасности движения на транспорте и т.д.

Цель данной курсовой работы: рассмотреть классификацию, структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— раскрыть основные понятия темы;

— дать общую схему классификации микропроцессоров;

— рассмотреть структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Структура микропроцессора

Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Собственным процессором снабжена видеоплата, звуковая плата, множество внешних устройств (например, принтер). И часто по производительности эти микросхемы могут поспорить с главным, Центральным Процессором. Но в отличие от него, все они являются узкими специалистами — один отвечает за обработку звука, другой — за создание трехмерного изображения.

Однако процессор — это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора

Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах

4. Кэш-память. Буферная память — своеобразный накопитель для данных. В современных процессорах используется два типа кэш- памяти: первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, и второго уровня — чуть помедленнее, зато больше — от 128 килобайт до 2 Мб.

5. Процессор связан несколькими группами проводников называемых шинами. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Адресная шина. Шина или часть шины, предназначенная для передачи адреса, а именно используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.

Шина команд. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

Шина данных — информационная магистраль, благодаря которой процессор может обмениваться данными с другими устройствами компьютера.

Глава 1. Исторический аспект развития микропроцессоров ПК

1. Определение микропроцессора

Самым главным элементом в компьютере является микропроцессор — небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации.

Микропроцессор выполняет арифметические и логические операции над данными в соответствии с заданной ему программой. Он состоит из двух основных частей (рисунок 1).

Составные части

арифметико-логическое устройство

устройства управления

Рисунок 1. Составные части микропроцессора ПК

Каждая из частей отвечает за свои действия, так в арифметико-логическом устройстве выполняется обработка данных, а устройство управления формирует необходимые для обработки информации управляющие сигналы. В процессе развития электроники эти два устройства соединились в корпусе одной интегральной схемы. В результате чего получился микропроцессор.

Под микропроцессором подразумевается полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуется совокупность арифметико-логического устройства и центрального устройства управления.

Большая интегральная схема — это интегральная схема 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 ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Единицей информации в двоичном коде является бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1.

Первый микропроцессор был выпущен в продажу в 1970 году. Его сконструировал Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel. Возможности первого микропроцессора Intel 4004 были небольшими. Он мог обрабатывать только 4 бита информации (для сравнения процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита информации). Применялся Intel 4004 в микрокалькуляторах.

В 1973 г. Фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel 8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel 8080, которая до конца 70 годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии (отечественный аналог КР580ИК80) .

Современные микропроцессоры выполняют сотни различных операций и делают это со скоростью в несколько десятков и даже сотен миллионов операций в секунду.

В компьютерах IBM РС используются микропроцессоры фирмы Intel, а также совместимые с ними микропроцессоры других фирм (AMD, Cyrix, IBM и др.). Микропроцессоры фирмы Intel , применяемые в IBM PC совместимых компьютерах, таковы: Intel – 8080, 80286, 80386( модификации SX и DX ), 80486 (модификации SX, SX2, DX, DX2, DX4 ), Pentium и Pentium Pro, Pentium (2 – 4) они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Разница в производительности этих микропроцессоров очень велика. Так, новейший микропроцессор Pentium 4 быстрее микропроцессора Intel-8088 (на котором были основаны исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT) в сотни тысяч раз.

Большинство выпускаемых сейчас компьютеров основано на микропроцессорах Pentium 3-4 и его аналогах (например, AMD Athlon XP). Лишь самые дешевые модели компьютеров основаны на микропроцессоре Celeron (упрощенный вариант Pentium 3-4) или AMD Duron.

Особенности российских микропроцессоров

С 1998 года и по сей день в отечественном сегменте разработкой микропроцессоров занимается компания «МЦСТ». Результаты впечатляющие – стабильное производство RISC систем, внедрение серии Эльбрус в применение на военно-оборонительных комплексах, космических станциях и засекреченных базах для передачи данных с максимальным уровнем шифрования. Заслуги компании «МЦСТ» серьезные, хотя многими обывателями подобные «успехи» кажутся смешными, на фоне мировых гигантов вроде Intel и AMD.

Да, достижения еще не те, но и цели совсем разные, верно? Едва ли «Эльбрус» стоит расценивать, как игровой чип, способный запустить все современные развлечения в максимальном качестве – это, в первую очередь, система для сверхбыстрой обработки данных (прежде всего, военного назначения) в полевых и даже экстремальных условиях.

История развития процессоров из России:

1998 год. Первая модель SPARC с частотой 80 МГц.
2001 год. Корректировка модели SPARC, увеличение мощностей, снижение уровня потребляемой энергии, работа над третьей версией процессора с частотой в 500 МГц.
2004 год. Представлен E2K – процессор нового поколения, способный работать практически в любых условиях.
2005 год. Появление первых образцов «Эльбруса», эксперименты и взгляд в будущее – впереди долгие годы борьбы за мировое лидерство в области современных технологий…

Структура базового микропроцессора

Функционально микропроцессор можно
разделить на две части (смотри рисунок):

— операционную (устройство
управления и устройство обработки данных), содержащую арифметико-логическое
устройство, микропроцессорную память (за исключением сегментных регистров), блок
микропрограммного управления, объединенных в устройство обработки данных, и
устройство управления;

— интерфейсную (или устройство
связи с магистралью), содержащую блок сегментных регистров микропроцессорной
памяти, блок регистров команд (регистры памяти для хранения кодов команд,
выполняемых в ближайшие такты работы) и сумматор адреса.

Устройство обработки данных
предназначено для выполнения команд. Устройство управления обеспечивает
синхронизацию работы устройств микропроцессора, выработку управляющих сигналов и
сигналов состояния для обмена с другими устройствами, анализ и соответствующую
реакцию на сигналы других устройств ЭВМ.

Устройство связи с магистралью
обеспечивает формирование физического адреса памяти и адреса внешнего
устройства, выбор команд из памяти, обмен данными с запоминающими устройствами,
внешними устройствами, другими процессорами по магистрали.

Обе части микропроцессора работают
параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка
очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный
анализ) выполняется во время выполнения операционной частью предыдущей команды.
Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной
части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнить
операции в конвейерном режиме. Такая организация микропроцессора позволяет
существенно повысить его эффективное быстродействие.

Рис. Упрощенная структурная схема
микропроцессора(на примере i8086)

На внешних выводах микропроцессора
широко используется принцип мультиплексирования сигналов – передача разных
сигналов по общим линиям с разделением времени. Кроме того, одни и те же выводы
могут использоваться для передачи разных сигналов в зависимости от режима
(минимальный или максимальный).

Список литературы

1) Иванько А.Ф. Структура и архитектура микропроцессоров современных персональных электронных вычислительных машин. – http://www.hi-edu.ru/x-books/glblinks/files/refs.htm

2) Ершова Н.Ю., Ивашенков О.Н., Курсков С.Ю. Микропроцессоры. — http://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/microcpu/index.html

3) Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. — СПб.: Питер, 2004 — 640с.

4) Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2005. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2005. — 800с.

5) Микропроцессоры. Структура микропроцессора и его основные характеристики. http://shkola.lv/index.php?mode=cht&chtid=459

6) Майстренко А.В. Информатика: Учебное пособие. Ч.1. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002.

Проектирование реализации операций бизнес-процесса «Продажи» (Проектирование информационных систем)
Проектирование реализации операций бизнес-процесса «Складской учет (РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В СУБД ACCESS )»
Система защиты информации в банковских системах(направления обеспечения безопасности 6 банка россии)
Понятие системы права и ее структурные характеристики (Теория государства и права)
Интернет-маркетинговые решения для канцелярского магазина .
Анализ рекламной деятельности в ООО «Фабрика Натяжных потолков»
Учет наличных денежных средств в кассе предприятия (ЗАО «Колос»)
Процессы принятия решений в организации на примере ОАО АНК «Башнефть»
Культура гостиничного обслуживания (Культура обслуживания на предприятиях индустрии гостеприимства).
Процессы принятия решений в организации (ресторан «Киото»)
Виды юридических лиц (Коммерческие организации и юридические лица в виде некоммерческих организаций)
Нотариат и его роль в защите гражданских прав и охраняемых законом интересов (Основы нотариата)

Разновидности микропроцессоров

И современные, и давно известные миру МП легко разделить на четыре части:

CISC – универсальная архитектура, появившаяся в 1980-ом году. Поддерживается расширенный список команд, простые операции выполняются достаточно долго, зато проблем со сложными не бывает из-за многозадачности.
RISC – альтернатива первому варианту с усеченной памятью. Каждый процесс при выполнении разбивается на маленькие команды.
VLIW, поддерживающие сразу несколько вычислительных устройств, и выполняющие операции параллельно для обеспечения максимального быстродействия.
MISC – хитрая архитектура, позволяющая укладывать разные команды в одну большую ячейку. В итоге, при одном цикле работы, центральный процессор считывает все записанные команды за раз.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ВОПРОС_Типы процессоров.docx

Иванова Е.А. Экономика и управление

Иванова Е.А. Экономика и управление

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Студент группы специализации

Технология хлебопекарного, макаронного, кондитерского производства и пищеконцентратов

Гормаш Наталья Михайловна

Захарова Валентина Станиславовна

_________ __________ __________

ФИО преподавателя Дата Подпись

Информатика — научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности всех процессов обмена информацией при непосредственном устном и письменном общении специалистов до формальных процессов обмена посредством различных носителей информации. Значительную часть этих процессов составляет научно-информационная деятельность по сбору, переработке, хранению, поиска и распространению информации.

Основная задача информатики заключается в определении общих закономерностей, в соответствии с которыми происходит создание научной информации, ее преобразование, передача и использование в различных сферах деятельности человека.

Цель данной работы – рассмотреть классификацию, структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

1.3 Структура микропроцессора

Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления . Собственно говоря, процессор в компьютере не один — их может быть целый десяток! Собственным процессором снабжена видеоплата, звуковая плата, множество внешних устройств (например, принтер). И часто по производительности эти микросхемы могут поспорить с главным, Центральным Процессором. Но в отличие от него, все они являются узкими специалистами — один отвечает за обработку звука, другой — за создание трехмерного изображения.

Основное и главное отличие центрального процессора — это его универсальность. При желании (и, разумеется, при наличии необходимой мощности и соответствующего программного обеспечения) центральный процессор может взять на себя любую работу, в то время как процессор видеоплаты при всем желании не сможет раскодировать, скажем, музыкальный файл…

Любой процессор — это выращенный по специальной технологии кристалл кремния (не зря на жаргоне процессор именуется «камнем»). Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов — транзисторов, соединенных металлическими мостиками-контактами. Именно они и наделяют компьютер способностью «думать». Точнее, вычислять, производя определенные математические операции с числами, в которые преобразуется любая поступающая в компьютер информация.

Безусловно, один транзистор никаких особых вычислений произвести не может. Единственное, на что способен этот электронный переключатель — это пропустить сигнал дальше или задержать его, в зависимости от подаваемого на его «затвор» напряжения. Наличие сигнала дает логическую единицу (да); его отсутствие — логический же ноль (нет).

• формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

• формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

• получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

4. Кэш-память. Буферная память — своеобразный накопитель для данных. В современных процессорах используется два типа кэш-памяти: первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, и второго уровня — чуть помедленнее, зато больше — от 128 килобайт до 2 Мб.

1. Адресная шина. Шина или часть шины, предназначенная для передачи адреса, а именно используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.

2. Шина команд. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

3. Шина данных — информационная магистраль, благодаря которой процессор может обмениваться данными с другими устройствами компьютера

Трудно поверить, что все эти устройства размешаются на кристалле площадью не более 4—6 квадратных сантиметров! Только под микроскопом мы можем разглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, соединяющие их металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий, однако уже приходит медь)

Назначение и область применения микропроцессоров

Функционально микропроцессор предназначен для решения следующих задач:

Поэтапное чтение и расшифровывание команд из основной и оперативной памяти, регистров и адаптеров внешних устройств.
Обработка запросов при обслуживании компонентов персонального компьютера.
Синхронизация данных на накопителях данных.
Генерация сигналов управления узлами и блоками ПК.

Кроме того, важно понимать, из каких именно частей состоит любой процессор:

Устройство обработки арифметических, логических и любых других числовых, символьных операций, появляющихся по ходу взаимодействия с компьютером.
Центр управления и координации взаимодействия различных компонентов ПК (речь обо всем и сразу – об оперативной памяти, подключаемых клавиатурах и мышках, контроллерах USB, наушниках и прочем).
Микропроцессорная память, отвечающая за последовательное хранение различных данных, действий и команд, для увеличения скорости обработки информации и непосредственной экономии времени (зачем дважды высчитывать один и тот же пример, если ответ уже хранится в заранее подготовленной ячейке?).
Интерфейсная система – возможности взаимодействия с процессором через системы ввода-вывода.

Заключение

В последние годы произошли кардинальные изменения в области вычислительной техники. Благодаря разработке и внедрению микропроцессоров в структуру ЭВМ появились малогабаритные, удобные для пользователя персональные компьютеры и в роли пользователя может быть не только специалист по вычислительной технике, но и любой человек.

Однако процесс повышения быстродействия микропроцессорных устройств идет неуклонно вперед и в настоящее время существуют микропроцессоры, минимальное время выполнения команды у которых достигает 5 нс. С помощью современных микропроцессоров уже сегодня возможно создавать системы управления с полосой пропускания в десятки и даже сотни Кгц. В свою очередь, аналоговые системы несмотря на практически мгновенное протекание сигналов также обладают конечным быстродействием из-за не идеальности компонентов и наличия паразитных реактивных связей в системе. Временные параметры цифровых систем, в отличие от аналоговых, не изменяются с течением времени и не зависят от внешних факторов.

Таким образом, в настоящее время, благодаря всему вышеперечисленному идет полномасштабное внедрение микропроцессорной техники практически во все сферы деятельности, где еще вчера господствовали аналоговые методы обработки информации.

В современной преобразовательной технике микроконтроллеры выполняют не только роль непосредственного управления полупроводниковым преобразователем за счет встроенных специализированных периферийных устройств, но и роль цифрового регулятора, системы защиты и диагностики, а также системы связи с технологической сетью высшего уровня.