Файл: Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК.pdf

Цифровой компьютер состоит из сопряженных между собой процессоров, модулей памяти и устройств ввода-вывода, из которых складывается архитектура вычислительной системы.

Важнейший элемент каждого ПК - это микропроцессор, который управляет работой компьютера и осуществляет значительную долю обработки данных.

Микропроцессор представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную в цельном полупроводниковом кристалле и способную осуществлять функции главного процессора. Степень интеграции обусловливается объемами кристалла и числом реализованных в нём транзисторов. Интегральные микросхемы, в свою очередь, называются микрочипами (chips)^[1].

Сегодня микропроцессоры используются повсюду.

Актуальность данной темы состоит в том, что микропроцессор компьютера считается главным компонентом современной компьютерной техники. Компьютерное оборудование значительно определяет степень технологического прогресса. Она реализует станков, контролирует технологические процессы на связывает на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). Благодаря компьютерной технике сложные научно-технические расчеты, что процессы конструирования, разработки, то есть определяет и задает темпы Производительность всей компьютерной техники зависит от мощности и уровня темпа развития микропроцессоров.

Передовые мысли инженерной мысли наиболее ярко воплощаются в структуре микропроцессоров. Условия данной специфики производства и жесткий уровень конкуренции требуют огромных капиталовложений. Появление овой модели микропроцессора во многом связано с передовыми конструкторско-технологическими прорывами.

В микропроцессорной технике находят передовые научно-технические результаты в области тела, электротехники и радиотехники и кибернетики и современной электронно-компонентной базы. Области применения микропроцессоров различны. Ключевыми из них автоматизация электромеханического поддержка мпроизводством, имитационное и математическое обработка результатов медецинскими и , организация и на и Результаты данной курсовой работы можно использовать в повседневной жизни, в частности при приобретении персонального компьютора.

Цель данной курсовой работы заключается в нии структуры классификации, и основных характеристик микропроцессоров персональных компьютеров.

Достижение укаценной цели обусловлено решением ряда поставленных задач:

раскрытие основных понятий темы;
рассмотрение исторического развития микропроцессоров;
классификация микропроцессоров;
рассмотрение структурных особенностей и характеристик современных персональных компьютеров.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Основные понятия. Cтруктура работы

Микропроцессор является сложным основной задачей которого является обработка или передача

Рассмотрение о структуре микропроцессора требует объясния следующих понятий^[2]:

арифметико-логическое
устройство управления, регистры,
кэш-память,
данных,
адресная шина и командная шина.

При изучения проблемы о свойствах микропроцессора следует проанализировать:

тактовую частоту;
разрядность процессора,
объем кэш-памяти и т.д.

Вопрос о систематизации достаточно обширен, поэтому в данной работе будут рассмотрены следующие аспекты для сопоставления микропроцессоров:

по сфере использования,
по внутренней структуре,
по виду построения процессоров,
по семейству, изменению и поколению микропроцессоров.

1.2. История развития современных микропроцессоров

История формирования современных микропроцессоров начинается с изобретения транзистора в 1948 г, который буквально вытеснил электронные лампы. Сам транзистор имеет крайне мало функций:

пропускать через себя ток,
перекрывать ему дальнейший путь по цепи.

Эти функции достигаются транзистором вследствие применения специальных материалов – «полупроводников». Один транзистор мог заменить 40 электронных ламп. В 1955 г. компания Bell Laboratories изобрела 1-ый транзисторный ПК 2-го поколения. 1960 г. фирма DEC выпустила по тем временам «мини» – компьютер, который помещался в маленькой комнате- PDP-1.Однако развитие на этом не застыло и к 60-ым годам стали производить интегральные схемы. Первые из них включали в целом 6 транзисторов, позже их количество начало увеличиваться в геометрической прогрессии. На сегодняшний день количество транзисторов на интегральной микросхеме зашкаливает за несколько десятков миллионов.

На начало 70-х годов пришлось рождение новейшего и, как позже стало известно, крайне многообещающего и небывалого по своим результатам направления в формировании вычислительной техники – в 1971 г. был выпущен 1-ый в мире микропроцессор. Это был однокристальный микропроцессор, получивший название 4004 (4-разрядная шина данных и 16-контактный блок-корпус). Процессор Intel 4004 стал технологическим триумфом компании: прибор величиной с палец, стоил 200 $, и был сопоставим по своей вычислительной силой с 1-ой ЭВМ ENIAC, созданной в 1946 г., и занимавшей место объемом в 85 куб. метров. Новейшая технология почти мгновенно легла в основу формирования программируемых калькуляторов с большим, согласно тем временам (от 4-х вплоть до 64-х кб.) объемом оперативной памяти, способных подвергать обработке огромное количество информации. Первоначально процессор 4004 был предназначен для Японской фирмы Busicom. Однако, в связи с экономическими проблемами, японцы категорически отказались от проекта, и разработка оказалась у Intel. Возникновение микропроцессора изменило целый рынок микроэлектроники. Это были те самые ПК, на которых сейчас работает все человечество[2].

Однако сразу же после появления процессора 4004, Intel потеряла первенство на рынке. До нее лидерами процессорного рынка в 70-х годах были ZILOG и MOTOROLA. Однако Intel изобрела абсолютно новейший процессор, который стал прообразом нынешних процессоров ПК. Это был восьмиразрядный процессор i8008 (1972 год). i8080 считался базой 1-ого в мире ПК Altair. Все без исключения процессоры х86 - это дальние предки i8080. Вопреки своей колоссальной роли и огромного количества продаж, на рынке данный процессор потеснил наиболее успешный Zilog-80, который был обязан такого рода известности i8080. Процессор Z-80 сформировала группа инженеров, прежде трудившихся в Intel и участвовавших в разработке i8080^[3].

В 80-х годах Intel создала эпоху высокопроизводительного настольного компьютерного оснащения. В 1982 г. вышел современный, по тем временам, микропроцессор i286, который помимо неслыханной производительности, обладал, правда, лишь в зачаточном варианте, способностями по обеспечению многозадачного режима и защищенного режима (Protected Mode). Кроме того он поддерживал обращение к расширяемой (EMS) памяти, объемом вплоть до 8 MB. В 1985 г. появился микропроцессор i386, который обладал не только лишь законченной системой поддержки многозадачного режима, системой защиты сегментов, но и обладал оперативной памятью объемом вплоть до 64MB.

Улучшение технологических процессов создания микропроцессоров позволило существенно увеличить их тактовую частоту. Любое новое поколение процессоров имеет более низкое напряжение питания и наименьшие токи, что содействует сокращению выделяемого ими тепла. Однако основным достижением считается то, что при сокращении норм технологического движения возможно существенно повысить число транзисторов на 1-ом кристалле. Наибольшее число транзисторов, входящих в структуру процессора, дает возможность улучшить архитектуру процессора с целью свершения ещё большей производительности. В том числе и разрядность процессоров весьма моментально возросла с 4 в первом процессоре вплоть до 32 в процессоре i386.

Значительной вехой в событиях минувших дней формирования архитектуры процессоров ПК (еще одна революция) стало возникновение процессора i486. Производственный техпроцесс к тому времени достиг отметки в 1 мкм, вследствие чего получилось разместить в ядре процессора 1,5 миллионов транзисторов, что было практически в 6 раз больше, чем у CPU минувшего 386-го поколения. Он был в 1500 раза быстрее своего "прапрадедушки" i4004. В архитектуре процессора ПК в первый раз возник конвейер на 5 стадий. Конвейерные расчеты были, безусловно, известны задолго до возникновения ПК, однако значительный уровень интеграции теперь дал возможность использовать данный продуктивный метод вычислений и в ПК. На одном кристалле Intel расположила и процессор, и математический сопроцессор, и кэш-память L1, которые до этого размещались в отдельных микросхемах. Эта революция состоялась через 20 лет уже после возникновения 1-ого микропроцессора, в октябре 1989 года. 486-й микропроцессор имел необходимое для того времени быстродействие. Тактовая частота процессора превысила тактовую частоту системной шины.

С этапа выпуска 486-го процессора технологический процесс создания микропроцессоров стал чрезвычайно быстро совершенствоваться. В 90-х годах стартовала «эра» Pentium. Почти каждый год фирма Intel выпускала все наиболее и более совершенные микропроцессоры. Процессор Pentium осуществил переворот в компьютерной промышленности персональных компьютеров. Цена микропроцессоров начала снижаться, а это означает, что ПК стал более доступным абсолютно всем слоям населения. Компьютер стал по-настоящему персональным и стал теперь ориентирован на обыкновенного пользователя, не обладающего фундаментальными познаниями в данной сфере.

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ПК

2.1 Основные классификационные ПК

по представлено на 1.

Микропроцессоры

По виду обрабатываемых сигналов:

- аналоговые;

- цифровые;

-гибридные.

По назначению:

- специальные;

- универсальные;

По числу интегральных схем:

- универсальные;

- однокристальные микроконтроллеры;

-секционированные.

По характеру временной организации:

- синхронные;

- асинхронные;

По количеству выполняемых программ:

- однопрограммные;

- многопрограммные;

По организации структуры:

- микроЭВМ;

- одно и многомагистральные;

Рисунок 1 - микропроцессоров

2.2 Классификация микропроцессоров по числу больших интегральных схем

Систематизация микропроцессоров по количеству крупных интегральных схем (БИС) показана на рисунке 2. Различают такие виды микропроцессоров, как: однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Микропроцессоры

Универсальные

Однокристальные микроконтроллеры

Секционированные

CISC

RISC

Процессоры ЦОС

Рисунок 2 - по числу БИС

Процессоры, в том числе и наиболее простые ЭВМ, обладают сложной функциональной структурой. Помимо этого, они включают в себя большое число электронных компонентов и множество разветвленных взаимосвязей. Менять структуру процессора следует таким образом, чтобы полная принципиальная схема либо её части имели число компонентов и взаимосвязей, совместимое с возможностями БИС. При этом микропроцессоры обретают внутреннюю магистральную архитектуру, т. е. в них к общей внутренней информационной магистрали подсоединяются все без исключения главные функциональные блоки (арифметико-логический, рабочих регистров, стека, прерываний, интерфейса, управления и синхронизации и др.).

Для обоснования систематизации микропроцессоров согласно числу БИС необходимо разделить все без исключения аппаратные блоки процессора между главными 3-мя функциональными элементами: операционной, управляющей и интерфейсной. Сложность операционной и управляющей элементов процессора обусловливается их разрядностью, концепцией команд и условиями к концепции прерываний; сложность интерфейсной части разрядностью и способностями подсоединения других приборов ЭВМ (памяти, внешних устройств, датчиков и исполнительных механизмов и др.). Интерфейс процессора включает несколько десятков информационных шин данных (ШД), шин адресов (ША) и шин управления (ШУ)^[4].

Однокристальные микропроцессоры получаются при осуществлении абсолютно всех аппаратных средств процессора в варианте одной БИС либо СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере повышения уровня интеграции компонентов в кристалле и количества выводов корпуса характеристики однокристальных микропроцессоров улучшаются. Но способности однокристальных микропроцессоров урезаны аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для извлечения многокристального микропроцессора следует осуществить разделение его логической структуры на функционально завершенные части и осуществить их в виде БИС (СБИС). Функциональная завершенность БИС многокристального микропроцессора значит, что его части осуществляют предварительно конкретные функции и могут работать самостоятельно.