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

Микропроцессор - это сложная интегральная система, которая состоит из большого количества значимых взаимосвязанных устройств, установленных на кремниевой основе. Процессор включает колоссальное число транзисторов, сопряженных между собой сверхтонкими соеденительными каналами, обеспечивающими их связь при записи и обработке сведений, разрешая микропроцессору осуществлять большое число различных функций. Структурная на рисунке 4.

Рисунок 4 - схема

Арифметико-логическое устройство специализировано на выполнении абсолютно всех арифметических и логических действий над числовыми и символьными информационными данными^[10].

Устройство управления - согласовывает связь разных элементов ПК и осуществляет следующие ключевые функции:

создает и подает во все блоки машины в нужные моменты времени конкретные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные особенностью выполнения разных действий;
создает адреса ячеек памяти, применяемых выполняемой операцией, и передает данные адреса в надлежащие конструкции ПК;
приобретает от генератора тактовых импульсов противоположную очередность импульсов.

Микропроцессорная память специализирована на кратковременном хранении, записи и выдачи данных, используемых в вычислениях напрямую в ближайшие такты деятельности машины. Микропроцессорная память основывается на регистрах и применяется для предоставления значительного быстродействия ПК, так как основная память не всегда гарантирует скорость записи, поиска и считывания данных, необходимую для результативной деятельности высокоактивного микропроцессора^[11].

Интерфейсная система микропроцессора предназначена для взаимосвязи с иными устройствами ПК и состоит из:

внутреннего интерфейса микропроцессора;
буферных запоминающих регистров;
схем управления портами ввода-вывода и системной шины (порт ввода-вывода - это оборудование сопряжения, позволяющая подсоединить к микропроцессору другое устройство).

К микропроцессору и системной шине наравне со стандартными внешними приборами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и доводящие до совершенства функциональные способности микропроцессора. К ним причисляются математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор применяется для форсирования выполнения действий над бинарными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для расчетов тригонометрических функций. Математический сопроцессор обладает собственной системой команд и функционирует одновременно с главным микропроцессором, однако под управлением последнего. В результате происходит форсирование выполнения действий в десятки 1раз^[12].

Контроллер прямого доступа к памяти избавляет микропроцессор от непосредственного управления накопителями на магнитных дисках, что значительно увеличивает результативное быстродействие пк.

Сопроцессор ввода-вывода за счет синхронной деятельности с микропроцессором существенно стимулирует осуществление операций ввода-вывода при обслуживании некоторых наружных устройств, избавляет процессор от обработки операций ввода-вывода, в том числе осуществляет порядок непосредственного доступа к памяти.

Прерывание - это временная остановка выполнения одной программы в целях своевременного выполнения другой, в данный период наиболее значимой. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних приборов, устанавливает степень приоритета данного запроса и дает сигнал прерывания в микропроцессор^[13].

4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИМИКРОПРОЦЕССОРОВ ПК

4.1 Тактовая частота

Центральный процессор персонального компьютера (микропроцессор) устанавливает поколение, эффективность ПК. От процессора во многом зависит быстродействие, количество операций в секунду. Микропроцессоры также различаются задачами, под которые оптимизирована схема. характеристики микропроцессоров приведены на 4.

Рисунок 4 -

Тактовая - это создаваемым за ^[14].

Деятельность всех устройств микропроцессора синхронизируется, т.е. согласовывается благодаря электрическим импульсам тактовой частоты, вырабатываемых особой микросхемой, называемой тактовым генератором. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц, млн. тактов в одну секунду). За время каждого такта микропроцессор осуществляет одну элементарную операцию. Чем больше тактовая частота, тем стремительнее функционирует микропроцессор и больше эффективность ПК. Микропроцессору каждого типа отвечает определённая оптимальная для него тактовая частота (clock), рекомендованная фирмой производителем. Существует вероятность определенного повышения тактовой частоты процессора пользователем путём перестановки специализированных перемычек на материнской плате или изменением опций в программе конфигурации ПК, но совершать это без крайней потребности не следует по ряду некоторых факторов: компания-производитель устанавливает тактовую частоту оборудования не произвольно, а так, чтобы компьютер работал с наибольшей скоростью стабильно, без перебоев. Современные микропроцессоры, работая на полной мощности, выделяют до 70 – 130 Вт термической энергии и их оснащают громоздкими радиаторами и вентиляторами, для того чтобы гарантировать приемлемый для этих микросхем тепловой режим, составляющий 50 – 60⁰С. При произвольном повышении тактовой частоты процессора владельцем компьютера (так называемый "разгон процессора", overclocking) система охлаждения может не справиться с увеличивающимся тепловыделением и процессор станет работать в неблагоприятном режиме высоких температур, ускоряющем выработку ресурса микросхемы и уменьшающем продолжительности его деятельности.

Средний службы обычной интегральной схемы 50 –75 лет при температуре и всего лишь ч при Для (в Phenom и Penryn), отличающихся гораздо более тонкой микроструктурой, чем микросхема, службы ещё и составляет не 1000-1500 ч при температуры от до 85 – 90°C.

При опасном пере (около 90⁰С) начинаются перебои в его полный выход из В микропроцессорах от перегрева (интегрированный в ядро процессора ), поддерживаемая и платой, на которую электропитание процессора и его от в случае неосторожного или отказа системы охлаждения. На процессорах , дополнительно к отключению предусмотрена также более защита, обеспечивающая в случае о температуры (до 70-80⁰С) отработку процессором тактов" ( ), кристалл начинает работать через производительность на 50%, и не прекращая работы.

Как следует из сказанного, на современных компьютерах при частоты ожидаемого роста производительности либо снижение либо сокращение срока службы машины и в работе, либо лишается её совсем.

наиболее микропроцессоров с соответствующими тактовыми частотами приведены в 1.

Таблица 1 – микропроцессоры

Фирма	Марка CPU + тактовая частота MHz	Некоторые сравнительные характеристики
Intel	386SX - 25	Имеет 16-разрядную внешнюю шину данных и обменивается с 32-разрядными данными с оперативной памятью и внешними устройствами в два этапа по 16 разрядов.
Intel	386DX - 33	По сравнению с 386SX за один этап.
Intel	486DX2 - 50	Имеет внутри себя схему удвоения частоты подаваемого на них тактового сигнала. Обмен с периферией происходит на частоте 25 MHz.
Intel	486DX - 50	Обмен с периферией происходит по сравнению с 486DX2 на большей частоте, поэтому обеспечивает производительность примерно на 10% больше.
Intel	486DX4 - 75	Имеет внутри себя схему утроения (но не учетверения) частоты подаваемого на них тактового сигнала. При этом в три раза возрастает скорость обработки информации внутри процессора, но не обмена с памятью и внешними устройствами.
Intel	Pentium - 66	Работает в среднем вдвое быстрее 486DX2 с той же частотой.
Intel	Pentium - 100	Процессоры марки Pentium способны одновременно выполнять две инструкции машинного кода.
Motorolla	68030 - 33	Процессоры фирмы Motorolla производят умножение как одну операцию, а не путем последовательных сложений, что значительно повышает быстродействие на той же частоте, в этом их существенное отличие от процессоров фирмы Intel и ее клонов.

4.2 Разрядность микросхем

Разрядность – максимальное число одновременно обрабатываемых двоичных разрядов^[15].

Информация внутри компьютера представлена в чисел, логических и нулей, битами (1 бит- разряд, 1 или 0). Между устройствами данные передаются не сплошным потоком, а и- машинными словами, слово передаётся за такт Количество бит в машинном слове разрядностью. Чем больше чем машинное слово, тем быстрее передаётся и информация, тем быстрее работает компьютер^[16].

Применительно к микропроцессору, три вида разрядности:

разрядность регистров
разрядность шины данных;
адреса.

Разрядность – это слова внутри Разрядность этого вида вместимостью памяти процессора- регистров. Когда и то подразумевается внутренняя именно разрядность регистров определяет

Под шиной понимается проводников, по которым от к другим данные. Разрядность данных - это проводников в ней. вид длину машинных слов при передаче информации вне процессора, т.е. это длина "внешнего машинного слова". слов микропроцессора и машинного слова могут не

Разрядность адреса - это число в шине. По этим проводникам от к оперативной передаётся информация для определения ячеек памяти, к надо Чем шире шина тем к большему ячеек памяти может Адресное пространство микропроцессора, размер памяти, для данного микропроцессора, величиной 2n, где n- адресной шины.

4.3 Архитектура микропроцессора

Архитектура - это микропроцессора, свойства, особенности и возможности вычислительной на базе микропроцессора^[17].

микропроцессоры, при всем разнообразии их типов, и из трех архитектуры: CISC, и MISC к микропроцессорам универсального, а не

Архитектура ( Instruction Set Computer) - -комплексная система управления компьютером. Отличается и расширенными РС, на и

большим числом по длине и формату
использованием различных адресации;
кодировкой

RISC ( Instrucktion Set ) - командо-однородная система управления компьютером, имеет

использует систему все имеют одинаковый формат с простой обращение к памяти осуществляется загрузки (данных из ОЗУ в регистр микропроцессора) и (данных из в команды - формата
при высоком допускается более низкая частота и меньшая интеграции VLSI;
команда меньше
на RISC более чем на
с архитектурой несовместима.

MISC ( Set ) - многоцелевая сочетает в себе CISC и RISC. Элементная база состоит из (могут быть объединены в корпусе): часть (HOST - ведущая), архитектуры RISC CPU, а часть - с подключением ПЗУ (ROM) управления. При вычислительная - работают на а расширения адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST за такт, а расширение эквивалентно CPU со сложным набором Наличие ПЗУ недостаток RISC, связанный с тем, что при с языка код уже дешифрирована и открыта для

4.4 Быстродействие микропроцессора

микp - это элементарных операций, в единицу (операции/секунда). микропроцессоров в наиболее общем смысле МП, так же, как и цифровых вычислительных определяется как средняя скорость выполнения алгоритма, которого представляет собой смесь, отражающую специфику Смеси для составляются на основе обобщения команд характерных для данного алгоритмов^[18].

Однако необходимо учитывать, что таким образом носит усредненный характер и отличаться от значения, для конкретной

Из-за трудности количественного определения быстродействия в приведенном на практике менее общим, но доступным упрощенным понятием. Также понятия и тактовой частоты, косвенно связанные с быстродействием.

всего МП или скоростью короткой сложения R с содержимым с последующей результата в R RJR), в литературе встречаются и определения. Однако МП по быстродействию в приведенном смысле не может корректным в произвольном случае и, того, приводит к заблуждениям. Дело в что выполняемых специфику самих могут различное количество типа RR, время выполнения которых в данном принято за быстродействие. К тому же, сам МП как уже на выполнение различных в вес сложения может практически любым.

Таким по скорости выполнения операции RR можно о универсальных МП, а сравнивать по этой характеристике можно лишь функционально одинаковые МП при ими и той же .

цикла или принято называть МП на к одному слову в памяти. Это время как МП, так и запоминающего

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЭВМ получили широкое распространение, начиная с 50-х годов. Прежде это были очень большие и дорогие лишь в государственных учреждениях и крупных фирмах. Размеры и ЭВМ неузнаваемо в результате разработки называемых

В работе изучения послужили ПК. в выбранной теме; дана классификация и краткая их элементов; структура и основные характеристики микропроцессоров ПК.