Микропроцессор: что нужно знать начинающим электронщикам

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.

Введение

Всё техническое оборудование может быть поделено на два больших класса:

1. Оборудование, базирующееся на аналоговых элементах.
2. Оборудование, в основе которого лежат цифровые технологии.

У каждого класса имеются свои преимущества и недостатки. Оборудование, имеющее аналоговую основу, очень быстродействующее, обладает низким энергопотреблением, но при этом у него не обеспечивается необходимая параметрическая стабильность. Цифровое оборудование обладает высокой стабильностью основных параметров, что является их главным и явным преимуществом. Прогресс технологий, основанных на цифровых принципах, позволил сильно уменьшить потребление энергоресурсов цифровым оборудованием, что уравняло их по этой характеристике с аналоговыми устройствами, а в отдельных случаях даже вывело в лидеры.

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).

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.

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)

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)

1.4 Основные характеристики микропроцессоров ПК

Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя главными характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Рассмотрим характеристики процессоров более подробно.

1. Тип микpопpоцессоpа.

Тип установленного в компьютеpе микpопpоцессоpа является главным фактоpом, опpеделяющим облик ПК. Именно от него зависят вычислительные возможности компьютеpа. В зависимости от типа используемого микpопpоцессоpа и опpеделенных им аpхитектуpных особенностей компьютеpа pазличают пять классов ПК:

— компьютеры класса XT;

— компьютеpы класса AT;

— компьютеpы класса 386;

— компьютеpы класса 486;

— компьютеpы класса Pentium.

2. Тактовая частота микpопpоцессоpа — указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

3. Быстpодействие микpопpоцессоpа — это число элементаpных опеpаций, выполняемых микpопpоцессоpом в единицу вpемени (опеpации/секунда).

4. Разpядность пpоцессоpа — максимальное количество pазpядов двоичного кода, котоpые могут обpабатываться или пеpедаваться одновpеменно.

5. Аpхитектуpа микpопpоцессоpа.

Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.

В соответствии с аpхитектуpными особенностями, опpеделяющими свойства системы команд, pазличают:

— микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;

— микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;

— микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;

— микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

1.2 Классификация микропроцессоров

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры — цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов.

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

Синхронные микропроцессоры — микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции.

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

В одномагистральных микроЭВМ все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям. Такая организация систем усложняет их конструкцию, однако увеличивает производительность.

По количеству выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры.

В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ.

Историческая справка

На первенство в создании микропроцессора претендуют три проекта, завершившиеся почти одновременно. В 1968–1970 гг. компания Garrett AiResearch разработала микропроцессор для истребителя F-14A, который состоял из нескольких кристаллов, предназначался для вычисления скорости, высоты и положения крыльев (данные рассекречены в 1998). В сентябре 1971 г. компания Texas Instruments анонсировала микропроцессор TMS1802NC для использования в калькуляторах (в 1973 фирма получила патент на микропроцессор на одном кристалле). Однако большинство специалистов в области вычислительной техники отдают первенство компании Intel, объявившей в ноябре 1971 г. о создании микропроцессора Intel 4004 (на одном кристалле), который также разрабатывался для калькуляторов, но позднее стал позиционироваться как универсальный; одновременно обрабатывал 4 двоичных разряда, содержал 2300 транзисторов, работал на частоте 740 кГц, занимал на кристалле площадь 24 мм2, выполнял 60 тыс. операций в секунду (был в сотни раз менее производительным, чем большие вычислительные машины того времени). В 1972 г. появился 8-разрядный микропроцессор Intel 8008, который содержал 3500 транзисторов. Его развитие – популярные микропроцессоры Intel 8080 и 8085. В СССР микропроцессоры выпускали НПО «Ангстрем», НПО «Светлана», НПО «Интеграл», НПО «Кристалл» и др. Микропроцессор RCA 1802 (1976) – первый микропроцессор, стойкий к радиации, использовался в космических зондах. В 1978 г. создан микропроцессор Intel 8086 (29 тыс. транзисторов) 16-разрядный микропроцессор, который положил начало семейству ЦП 80×86. Увеличение разрядности микропроцессора позволило увеличить адресное пространство доступной памяти и производительность компьютера. Версия 8088 этого микропроцессора использовалась в получившем широкое распространение персональном компьютере IBM PC. Первый 32-разрядный микропроцессор на одном кристалле был создан фирмой AT&T в 1980 г. В 1985 г. появился коммерчески успешный 32-разрядный микропроцессор Intel 386 (275 тыс. транзисторов). Первый коммерческий микропроцессор с 64-разрядной адресацией оперативной памяти выпущен в 1991 г. (MIPS Technologies R4000); выпускавшиеся ранее микропроцессор (например, Intel i860; 1989) обладали возможностью выполнения 64-разрядных операций над данными, но были лишены 64-разрядной адресации. Первым 64-разрядным x86-совместимым микропроцессором стал выпущенный в 2003 г. AMD Opteron, реализующий архитектуру AMD64.

Назначение и область применения микропроцессоров

Функционально микропроцессор предназначен для решения следующих задач:

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

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

1. Устройство обработки арифметических, логических и любых других числовых, символьных операций, появляющихся по ходу взаимодействия с компьютером.
2. 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).
3. 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?).
4. Интерфейсная система – возможности взаимодействия с процессором через системы ввода-вывода.

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.

История развития: первый микропроцессор

Транзисторы, электромеханические реле, сердечники, вакуумные лампы – первые процессоры, старательно выполнявшие несложные арифметические и логические операции, появились еще в далеком 1940 году, но оставались ненадежными, громоздкими, да и неприменимыми в бытовых условиях (основное назначение – государственные разработки, крупные и набирающие обороты перерабатывающие фирмы) – слишком большое выделение энергии, неконтролируемая теплоотдача, низкая скорость обработки данных. Мечтать о домашнем применении подобных чипов и не приходилось, хотя бы из-за нехватки свободного места. Поставить в какой-нибудь из комнат ЭВМ с микропроцессором получилось бы лишь во дворце.

Со временем все изменилось. В 1970 году Эдвард Хофф, представлявший крупнейший отдел разработки компонентов для электронно-вычислительных машин, представил руководителям компании Intel интегральную схему, выполнявшую те же функции, что и чипы ЭВМ, но с маленьким нюансом – плата Эдварда помещалась в руке, обрабатывала 4 бита информации в секунду (конкуренты выдавали мощности в разы серьезнее – до 32 бит одновременно), и стоила в тысячу раз дешевле.

Первые калькуляторы снабжали именно процессором 4004 Эдварда Хоффа, которые появились в продаже в начале 1971 года. С этого момента, как принято считать, и началась эра новых процессоров, изменивших мир.

Дальше история развития микропроцессоров двинулась следующим путем:

1. 1 апреля 1974 года. Intel вновь шокирует заинтересованную публику – на закрытых прилавках появилась модель 8080 с 6 тысячами транзисторов на крошечной схеме, объем памяти увеличен до 64 килобайт, проблемы с потреблением энергии решены, теплоотдача – практически нулевая. Чуть позже появился чип 8086, заложивший основы разрядности современных компьютеров.
2. Октябрь 1985 года. В центре внимания снова Intel, с еще более неожиданной новинкой – моделью i 32-битная архитектура, новые возможности по управлению памятью, увеличенные мощности, тактовая частота в 16 МГц и общее быстродействие на уровне 6 Mips – мир и представить не мог, насколько быстро меняются возможности тех допотопных компьютеров, неожиданно получивших возможность работать с 4 Гб оперативной памяти и проводить тысячи арифметических действий всего за несколько секунд. А ведь впереди еще больше открытий!
3. Осень 1989 года. Микропроцессор i80486DX, уместивший на крошечной плате 1.2 миллиона транзисторов, а еще сопроцессор и кэш-память, позволившая увеличивать текущую работоспособность компьютера путем промежуточного хранения некоторых данных, чисел, команд и действий. Общая производительность увеличилась до 16.5 Mips. Тактовая частота возросла до 16 МГц.
4. Начало 1991 года. Появление i80486SX – штатное увеличение мощностей, долгие раздумья разработчиков из Intel на счет внедрения появляющихся чипов в ноутбуки и иные портативные устройства. Как результат – разные версии процессоров, рассчитанные под меняющиеся (иногда вычислительные, порой – контролирующие) нужды. Все эксперименты закончились появлением 2-го поколения МП (вроде i486DX2), поддерживающих новую технологию распределения мощностей между двумя разными ядрами центральной системы.
5. Март 1995 года. Мир впервые знакомится с Intel Pentium, поставки чипов в магазинах для обычных пользователей – не за горами. Мощности увеличены до возможного (по тем годам) предела – 1 млрд. Mips.

Далее появились поставки многоядерных процессоров, затем появился Xeon и Intel Core, а после на мировом рынке загорелась новая звезда – модульные процессоры AMD

С тех пор (а именно с 2007 года) между двумя компаниями и ведется беспрерывная война за внимание пользователей

На текущий момент хотя бы примерно описать состояние рынка МП невозможно – Intel Core представляет новые архитектуры микропроцессора (Coffee Lake, Skylake, Haswell, Kaby Lake) чуть ли не каждый год, а заодно меняет наименования семейства процессоров (Intel Core i3, i5, i7, i9). AMD старается удивлять низкими ценами и внушительными возможностями разгона. И кто в таком хаосе лидер – до сих пор не разобрать.

Классификация микропроцессоров

На рисунке ниже изображена классификация электронного оборудования на базе микропроцессоров:

Рисунок 1. Классификация электронного оборудования на базе микропроцессоров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Стремительный прогресс цифровых технологий позволил значительно повысить уровень быстродействия цифровых микросхем. Отдельные виды микросхем способны осуществлять переключательные функции в течение примерно четырёх наносекунд. Таким уровнем быстродействия обладают логические микросхемы с возможностью их программирования и записью алгоритма решения требуемой задачи. Однако нужно отметить, что повышение уровня быстродействия имеет и свои недостатки:

1. Быстродействующие микросхемы обладают повышенным энергопотреблением.
2. Чтобы реализовать выполнение алгоритмов, имеющих значительный объём, требуется использовать много микросхем, а это ведёт к увеличению размеров оборудования и его стоимости.

Первый недостаток можно устранить применением КМОП (комплементарная структура металл-окисел-полупроводник) технологий при производстве цифровых микросхем. Потребляемый ток у таких элементов напрямую зависит от скорости работы вентильной логики.

Второй недостаток можно устранить несколькими путями, например, проектированием больших интегральных микросхем, имеющих специализированное предназначение. Другим методом является применение программируемых логических схем. И последним вариантом является использование единого модуля, обладающего требуемым быстродействием и предназначенного для поочерёдного решения набора разноплановых задач за счёт коррекции его организационной структуры через заданное время. Говоря простым языком, это означает использование микропроцессорных модулей. И это также означает, что применение микропроцессоров позволяет совершить обмен максимального быстродействия на сложную структуру реализуемого модуля. Эти аспекты считаются основными причинами работы конструкторов над увеличением предельно допустимого быстродействия микропроцессоров, что позволяет им конструировать более сложные устройства и не увеличивать их габариты. Помимо этого, один микропроцессор даёт возможность реализовать целый комплекс оборудования одновременно.

На сегодняшний день микропроцессорные модули применяются фактически во всех областях человеческой деятельности. Они применяются для осуществления вычислительных операций, для управления работой различных устройств, для работы со звуковыми и видео файлами, а также для многого другого. Область применения микропроцессорных модулей задаёт и набор ограничений по его параметрам. Естественно, всё это влияет и на структурную организацию микропроцессоров. На сегодняшний день существуют такие главные направления в прогрессе микропроцессорных модулей:

1. Проектирование микропроцессорных модулей, предназначенных для использования в любых сферах (универсальные).
2. Разработка специализированных микроконтроллерных устройств.
3. Проектирование микропроцессоров, предназначенных для сигнальных целей.

Универсальные микропроцессоры используются главным образом в вычислительных системах. В этой сфере используются самые лучшие в плане быстродействия микропроцессоры, а остальные параметры, такие как, габариты, стоимость и потребление энергии становятся второстепенными и стоят последними в перечне приоритетов.

В оборудовании средств связи, компьютерные устройства используется для управления этим оборудованием, которые обладают большими габаритами и стоимостью. Такие компьютерные устройства называются контроллерами (микроконтроллерами).

Областью сигнальных микропроцессоров является замена оборудования на аналоговой основе. К ним выдвигается отдельный комплекс требований, прежде всего это максимальное быстродействие и минимальные габариты.

Заключение

В конце 20 века человечество вступило на путь информационного общества. Но это общество невозможно представить без электроники, интернета, радио и телевиденья, мощных компьютеров и современных микропроцессоров.

Микропроцессор — центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительной системы), которое выполняет арифметические и логические операции, заданные программой преобразования информации, управляет вычислительным процессом и координирует работу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода — вывода, подготовки данных и др.).

В данной курсовой работе было изучено устройство микропроцессоров, его технологии изготовления и были рассмотрены виды современных микропроцессоров.

Задачей, поставленные в данной курсовой работе были выполнены. Был сделан анализ тенденций развития современных микропроцессоров, выявлена их значимость для общества и сделаны приблизительные прогнозы о их будущем развитии.

В результате проведенной работы были сделаны следующие выводы: на мировом рынке продажи процессоров в настоящее время лидируют две компании Intel и АMD. Которые в свою очередь непрерывно конкурируют между собой и пытаются вытеснить друг друга с мирового рынка. В начале 2005 года лидером была компания AMD, чьи процессоры были и производительнее, и дешевле, имели меньшее тепловыделение. Но в апреле того же года Intel пустила процессор Core 2 Duo, а в 2007 Core 2 Quad, которые стали лидерами по продажам на мировом рынке. Сейчас лидерство оставляет за собой компания Intel. Но и AMD ведет бурные научно-исследовательские работы и, возможно, в скором будущем выпустит на рынок совершенно новый и мощный микропроцессор.