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

Содержание:

ВВEДEНИE

Прoцеccор, или же ЦПУ (CPU) - это непocредственнo «мoзг» кoмпьютера, наибoльшая интегральная микрocxема, кoтoрая cама пo cебе считается cамым ключевым вычиcлительным и управляющим элементoм кoмпьютера. Cам прoцеccор выпoлняет арифметические oперации c двoичными количествами. Чаcтoта прoцеccора - ключевой параметр прoцеccoра. Этoт немалoважный параметр считается oснoвoпoлагающей xарактеристикoй быстродействия кoмпьютера. Размер частоты в среднем сooтветствует кoличеству арифметическиx oпераций, выпoлняемых прoцессoрoм в секунду. Чаcтoта прoцеccoрoв измеряется в герцаx. Cерия прoцессoра - услoвный нoмер мoдели прoцессoра. При переxоде на пoследующую серию возрастает скoрoсть oбмена данными меж прoцеccoром и oперативнoй памятью.

Прoцеccор дает cобой cпециальнo выкормленный пoлупрoвoдниковый криcталл, на кoтoрoм распoлагаютcя транзиcтoры, coединeнныe нaпылeнными aлюминиeвыми прoвoдниками. Кристалл пoмещаeтся в кeрaмичecкий кoрпуc c кoнтaктaми.

В cамoм пeрвoм прoцeccoрe кoмпaнии Intеl - i4004, выпyщeннoм в oднa тыcячa ceмьcoт пeрвoм гoдy, нa oднoм криcтaллe былo двe тыcячи тристa транзиcтoрoв, a в прoцeccoрe Intеl Pеntium 4, выпущeннoм чeтырнaдцaтoгo aпрeля двe тыс. трeтьeгo гoдa, иx yжe 55 миллиoнoв.

Coврeмeнныe прoцeccoры в нaшe врeмя изгoтaвливaются пo 0,13-микрoннoй тexнoлoгии, тo eсть тoлщинa кристaллa прoцeccoрa coстaвляeт 0,13 микрон. Стoит зaмeтить, для срaвнeния - тoлщинa кристaллa пeрвoгo прoцеccoрa Intеl былa 10 микрoн.

В дaннoй кyрсoвoй рaбoтe нaшeй oснoвнoй цeлью являeтcя раccмoтрeниe нaзнaчeния и oснoвныe фyнкции прoцеccoрa, a тaкжe eгo oснoвныe ocoбeннoсти. Нeoбxoдимo тaкжe oписaть cтрyктyрy и фyнкциoнирoвaниe микрoпрoцeccoрoв.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОЦЕССОРА

Центральный микропроцессор (ЦП; англ. central processing unit, CPU, слово в слово - центральное вычислительное устройство) - исполнитель машинных руководств, доля аппаратного обеспечивания компа или же же программируемого закономерного контроллера, отвечающий за выполнение операций, данных программками.

Центральный микропроцессор (ЦП) делает надлежащие главные функции:

- чтение и дешифрацию команд из ведущей памяти;

- чтение данных из ведущей памяти и регистров адаптеров наружных устройств;

- способ и обработку запросов и команд от адаптеров на сервис наружных устройств;

- обработку данных и их запись в ведущую память и регистры адаптеров наружных устройств;

- выработку управляющих сигналов для всех других узлов и блоков компа.

В состав микропроцессора входят надлежащие составляющие:

- прибор управления - создает и подает во все составляющие индивидуального компа (ПК) в нужные факторы времени конкретные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные специфичностью производимой операции и итогами прошлых операций;

- арифметически - логическое прибор (АЛУ) - предопределено для выполнения большого количества арифметических и закономерных операций над числовой и символьной информацией;

- сопроцессор - дополнительный блок, важный для более трудных математических вычислений и при работе с графическими и мультимедийными программами;

- регистры совместного предназначения - быстродействующие ячейки памяти, применяемые в ведущем как всевозможные счетчики и указатели на адресное место индивидуального компа (ПК), воззвание к коим разрешает важно прирастить быстродействие производимой программы;

- кэш-память - блок скоростной памяти для недолгого сбережения, записи и выдачи инфы, обрабатываемой в этот момент времени или же применяемой в вычислениях. Это разрешает прирастить производительность процессора;

- шина данных - интерфейсная система, осуществляющая замен данными с другими приборами индивидуального компа (ПК);

- генератор тактовых сигналов(импульсов);

- контроллер прерываний.

Современнейшие главные микропроцессоры (ЦП), создаваемые во варианте отдельны микросхем (чипов), исполняющих все без исключения свойственные черты, присущие сего рода устройствам, назовут процессорами. Со пятидесяти процентов 1980-х прошлые практически выжили другие разновидности ведущих микропроцессоров (ЦП), во следующем текст начал все без исключения более еще более восприниматься точно также как обыденный выражение тирады «микропроцессор». Данным никоим образом не меньше, данное никоим образом не этим образом: главные процессорные приборы толика суперкомпьютеров в что количестве и во наше время этап надеются собою никоим образом не простые трудные ансамбли больших (фора) еще больших скопленных способов (СБИС).

В начале текст «Центральное процессорное устройство» обрисовывал особый группа закономерных автомашин, требуемых с целью выполнения никоим образом не нормальных компьютерных планов. По причине довольно отчетливого пропорции предоставленного направленности функциям имевшихся во в этом случае этап компьютерных микропроцессоров, кто-то конкретным методикой был подвинут в самочки пк. Базу применения термина еще его аббревиатуры сообразно взаимоотношению ко компьютерным концепциям было принято во 1960-буква года. Устройство, конструкция еще воплощение микропроцессоров со античных лет периодически менялись, но их

главные производимые функции сохранились подобными ведь, то что также ранее.

Преждевременные основные процессоры (ЦП) формировались во варианте эксклюзивных сложных элементов с целью оригинальных, также в том числе и единых во собственном семействе, компьютерных концепций. Со ходом периода с дорогого метода исследования процессоров, предрешивших с целью исполнения одной либо некоторых узконаправленных проектов, изготовители пк переключились ко массовому изготовлению стандартных классов универсальных процессорных приборов. Направленность ко типизации компьютерных девайсов сложилась во период эффектного формирования полупроводниковых компонентов, мейнфреймов также миникомпьютеров, но со возникновением накопленных методик возлюбленная сделалась еще наиболее благодарной. Изготовление микросхем предоставило вероятность еще более увеличить трудность основного процессора (ЦП) со синхронным сокращением их физиологических объемов. Унификация также микроминиатюризация процессоров повергли ко углубленному вторжению основанных в их числовых приборов во ежедневную жизнедеятельность каждого лица. Современнейшие процессоры возможно выявить никак не только лишь во подобных сверхтехнологичных приборах, равно как пк, однако также во машинах, калькуляторах, подвижных телефонах также в том числе и во младенческих игрушках. Во основной массе ситуации они презентованы микроконтроллерами, в каком месте кроме вычисляемыого приборы в кристалле находятся дополнительные элементы (воспоминания проектов также сведений, интерфейсы, портки ввода/вывода, таймеры, также др.). Современнейшие вычисляемые способности микроконтроллера сопоставимы со процессорами личных электронно-вычисляемых автомобилей (электронно-вычислительная машина) десятилетней давности, но больше в том числе и существенно превышают их характеристики.

Главная множество современнейших процессоров с целью личных пк (компьютер), во совокупном, базируются в этой либо другой версии повторяющегося хода логичного усовершенствования данных, придуманного Джоном обстановка Нейманом.

Евгений обстановка Нейман сконструировал схему сооружения пк во 1946 г.. Основные рубежи данного хода повергнуты далее. Во разных зодчествах также с целью разных установок имеют все шансы понадобиться дополнительные рубежи. К Примеру, с целью цифирных установок имеют все шансы понадобиться дополнительные вращения ко памяти, в период каковых формируются чтение операндов также отметка итогов. Характерной чертой зодчества Джона обстановка Неймана считается в таком случае, то что указания также сведения сохраняются во одной также этой ведь памяти.

Рубежи цикла выполнения:

Микропроцессор выставляет количество, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;

Выставленное количество считается для памяти адресом; память, получив адресок и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по данному адресу, на шину данных, и докладывает о готовности;

Микропроцессор получает количество с покрышки данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из собственной системы команд и исполняет её;

В случае если последняя команда не считается командой перехода, микропроцессор увеличивает на единицу (в предположении, собственно что длина всякой команды равна единице) количество, хранящееся в счётчике команд; в итоге там складывается адресок надлежащей команды;

Вновь производится п. 1.

Этот цикл реализовывается постоянно, и как раз он именуется ходом.

Во время процесса микропроцессор считывает очередность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Эта очередность команд именуется программкой и дает метод работы микропроцессора. Хронология считывания команд меняется в случае, в случае если микропроцессор считывает команду перехода - за это время адресок надлежащей команды имеет возможность оказаться иным. Иным случием конфигурации процесса имеет возможность работать случай получения команды останова или же переключение в режим обработки прерывания.

Группы центрального микропроцессора (ЦП) считаются наиболее нижним уровнем управления компом, означает выполнение всякой команды безизбежно и абсолютно. Не выполняется практически никакой испытания на допустимость производимых поступков, в частности, не проверяется вероятная утечка ценной инфы. Для такого дабы компьютер делал лишь только допускаемые воздействия, команды обязаны быть подходящим образом организованы в облике важной программки.

Стремительность перехода от 1-го шага цикла к другому ориентируется тактовым генератором. Тактовый генератор изготавливает импульсы, служащие ритмом для центрального микропроцессора. Частота тактовых импульсов именуется тактовой частотой.

Исследуем конвейерную зодчество микропроцессора. Конвейерная зодчество (pipelining) была введена в центральный микропроцессор с целью наращивания быстродействия. В большинстве случаев, для выполнения всякой команды потребуется реализовать определенное численность однотипных операций, к примеру: подборка команды из ОЗУ, дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, подборка операнда из ОЗУ, воплощение команды, запись итога в ОЗУ. Любую из данных операций сопоставляют одной ступени сборочного потока. К примеру, сборочный поток процессора с зодчеством MIPS-I имеет 4 стадии:

получение и декодирование памятке (Fetch);

адресация и подборка операнда из ОЗУ (Memory access);

выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation);

сбережение итога операции (Store).

Впоследствии освобождения k-й ступени сборочного потока она незамедлительно пускается к работе над надлежащей командой. В случае если разрешить, собственно что любая степень сборочного потока расходует конкретную единицу времени на собственную работу, то воплощение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, впрочем в самом сверхоптимистичном случае итог выполнения всякой надлежащей команды станет удаваться сквозь любую единицу времени.

В конечном счете, при отсутствия сборочного потока выполнение команды займёт конкретное численность единиц времени (так как для выполнения команды например же как и до сего нужно исполнять подборку, дешифрацию и т. д.), и для выполнения конкретного числа команд потребуется предназначение и функции микропроцессора, конструкция и функционирование процессора единиц времени; при применении сборочного потока (в самом уверенном в будущем случае) для выполнения m команд потребуется всего только n + m единиц времени.

Моменты, снижающие коэффициент нужного воздействия сборочного потока:

незатейливый сборочного потокаконвейера, когда кое-какие ступени не применяются (напр., адресация и подборка операнда из ОЗУ не необходимы, в случае если команда трудится с регистрами);

ожидание: в случае если грядущая команда пользуется итог предшествующей, то последняя не имеет возможность начать производиться до выполнения 1 (это осиливается при применении внеочередного выполнения команд);

чистка сборочного потока при попадании в него команды перехода (эту делему удаётся несколько решить, при применении пророчества переходов).

Кое-какие современные микропроцессоры имеют больше 30 ступеней в конвейере, собственно что наращивает коэффициент нужного воздействия микропроцессора, впрочем приводит к большенному времени простоя (например, в случае промахи в пророчестве относительного перехода).

Первым общедоступным процессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие почвы зодчества всех передовых настольных микропроцессоров. Но по причине общеупотребляемости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Вслед за тем проследовала его трансформация 80186. В микропроцессоре 80286 был замечен защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший применить до 16 Мб памяти. Микропроцессор Intel 80386 был замечен в 1985 году и привнёс усовершенствованный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую применить до 4 Гб оперативной памяти и помощь механизма виртуальной памяти. Данная линейка микропроцессоров построена на регистровой вычислительной модели.