Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ

 

 

 

Кафедра Прикладной информатики

Факультет  Финансово-кредитный

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Информатика

Тема «Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК»

 

 

 

 

 

Москва 2011

 

Оглавление

 

Введение

Актуальность  этой темы состоит в том, уменьшение стоимости, потребляемой мощности и габаритных размеров, повышение надежности и производительности микропроцессоров способствовали значительному расширению сферы их использования. Наряду с традиционными вычислительными системами они все чаще стали использоваться в задачах управления. При этом перед микропроцессором ставились задачи программного управления различными периферийными объектами в реальном масштабе времени. Микропроцессор стал основой современной компьютерной техники. Компьютерная техника лежит в основе современного прогресса. С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса.

В теоретической  части Цель курсовой работы - рассмотрение классификации, структуры и основных характеристик микропроцессоров ПК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть основные понятия темы;
• дать общую схему классификации микропроцессоров;
• изучить основные характеристики микропроцессоров ПК и их структуру.

В практической части были рассчитаны ежемесячные отчисления на амортизацию по основным средствам предприятия ООО «Александра»  с помощью табличного процессора Microsoft Excel 2007,текстового процессора Microsoft Word 2007

Для выполнения данной курсовой работы использовался ПК с операционной системой Microsoft Windows XP Professional, процессор Intel(R) Celeron(R) CPU 2.40GHz 2.39 ГГц, 2ГБ ОЗУ.

 

1. Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

1.1. Классификация микропроцессоров ПК

Микропроцессор (МП) - это программно управляемое устройство, которое предназначено для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки и выполнено в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Большая интегральная схема (БИС) - интегральная схема (ИС) 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.

Классифицировать микропроцессоры  можно по следующим параметрам

(рис.1):

1. По числу больших интегральных схем (БИС) различают микропроцессоры, представленные на Рис.1:

Рис. 1. Классификация микропроцессоров[2,c.64]

Универсальные микропроцессоры принято разделять на CISC - и RISC-микропроцессоры. CISC-микропроцессоры (Completed Instruction Set Computing - вычисления с полной системой команд) имеют в своем составе весь классический набор команд с широко развитыми режимами адресации операндов. Например, микропроцессоры типа Pentium. В то же время RISC-микропроцессоры (reduced instruction set computing - вычисления с сокращенной системой команд) используют, как следует из определения, уменьшенное количество команд и режимов адресации. Например Alpha 21x64 и Power PC.

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК или просто МК) предназначены для использования в системах промышленной и бытовой автоматики. Они представляют собой большие интегральные схемы, которые включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор (как правило, целочисленный), ЗУ команд, ЗУ данных, генератор тактовых сигналов, программируемые устройства для связи с внешней средой иногда аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т. д.

Однако возможности  однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами  кристалла и корпуса.

Секционированные  микропроцессоры  (другие названия: микропрограммируемые и разрядно-модульные) - это микропроцессоры, предназначенные для построения специализированных процессоров. Они представляют собой микропроцессорные секции относительно небольшой (от 2 до 16) разрядности с пользовательским доступом к микропрограммному уровню управления и средствами для объединения нескольких секций.

2. 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.  С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных.

3. По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры

Аналоговые  микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов. Они выполняют функции любой аналоговой схемы. При этом применение аналогового микропроцессора значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также расширяет функциональные возможности.

В составе однокристальных аналоговых МП имеется несколько каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более, большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.

4. 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. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

5. 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 увеличивает производительность.

6. 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. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

 

1.2. Характеристики микропроцессоров

Основные характеристики универсальных микропроцессоров:

Разрядность.  Разрядность – это число одновременно обрабатываемых процессором битов. Информация внутри компьютера представлена в виде двоичных чисел, т.е. сочетаний логических единиц и нулей, называемых битами (1 бит- один двоичный разряд, 1 или 0). Процессор может быть 8, 16, 32, 64 – разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой процессором в единицу времени. Между устройствами компьютера данные передаются не сплошным потоком, а порциями - машинными словами, одно машинное слово передаётся за один такт работы компьютера. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер[3,c.406].

Тактовая  частота: измеряется в мегагерцах (МГц, млн. тактов в секунду). За время каждого такта микропроцессор выполняет одну элементарную операцию. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает микропроцессор и выше производительность компьютера. Микропроцессору каждого типа соответствует определённая оптимальная для него тактовая частота (clock), рекомендованная компанией - производителем;

Быстродействие  МП: характеризуется тактовой частотой, которая в новейших моделях составляет тысячи мегагерц (МГц, млн. тактов в секунду);

Виды  и форматы обрабатываемых данных;

Система команд: полный список команд, который может исполнять МП называется системой команд. У каждой марки процессора своя система команд (СК).

Адресное пространство (адресация памяти). Процессор занимается перемещением данных между ОЗУ и внешними устройствами. Для ОЗУ процессор формирует адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем адресуемой МП памяти называется его адресным пространством. Оно определяется разрядностью внешней шины адреса. Если N – разрядность шины адреса, то по ней можно передать 2N двоичных чисел.

Частота внешней  синхронизации. Для частоты синхронизации обычно указывается ее максимально возможное значение, при котором гарантируется работоспособность схемы. Для функционально сложных схем, к которым относятся и микропроцессоры, иногда указывают также минимально возможную частоту синхронизации. Уменьшение частоты ниже этого предела может привести к отказу схемы. В то же время в тех применениях МП, где не требуется высокое быстродействие, снижение частоты синхронизации - одно из направлений энергосбережения.

Производительность: является интегральной характеристикой МП, которая зависит от тактовой частоты работы процессора, его разрядности, а также от особенностей архитектуры определяется с помощью специальных тестов, при этом совокупность тестов подбирается таким образом, чтобы они по возможности покрывали различные характеристики микроархитектуры процессоров, влияющие на производительность.

Число внутренних регистров: служит одним из показателей вычислительных возможностей МП. Этот показатель также непрерывно возрастает: 2 — в самых простых МП, 8 и 16 — в достаточно распространенных, 64 и более — в МП типа Pentium и других новых моделях. Число регистров МП фактически характеризует объем сверхоперативной памяти МП с малым временем обращения.

Число необходимых  источников питания: определяет сложность монтажа вычислительного устройства с МП и влияет на габаритные размеры, надежность и стоимость этого устройства. Обычно требуются два-три источника питания, но при некоторых технологиях изготовления удается обойтись одним.

Рабочее напряжение процессора. Ранние модели процессоров имели напряжение питания 5 вольт. Теперь оно уменьшено до 3.3; 3; 2.5; 2.3В, понижение напряжения ведет к уменьшению нагрева и позволяет создавать более компактные элементы МП. Современные процессоры имеют систему двойного питания, т. е. они имеют 2 питающих напряжения –3,3В для ввода-вывода; 2,2 – 2,8В – для ядра.

Кэш-память. Кэш – это сверхбыстрая память, расположенная между процессором и ОЗУ. Различают кэш внутренний (кэш первого уровня (L1)) расположенная внутри МП и внешний (кэш второго уровня (L2)), расположенная на системной плате. Кэш-память нужна для ускорения обмена данными между процессором и ОЗУ.