Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

Как электронное  изделие микропроцессор характеризуется рядом параметров, наиболее важными из которых являются следующие[7]:

1. Требования к синхронизации: максимальная частота, стабильность.
2. Количество и номиналы источников питания, требования к их стабильности. В настоящее время существует тенденция к уменьшению напряжения питания, что сокращает тепловыделение схемы и ведет к повышению частоты ее работы. Если первые микропроцессоры работали при напряжении питания+-15В, то сейчас отдельные схемы используют источники менее 1 В.
3. Мощность рассеяния - это мощность потерь в выходном каскаде схемы, превращающаяся в тепло и нагревающая выходные транзисторы. Иначе говоря, она характеризует показатель тепловыделения БИС, что во многом определяет требования к конструктивному оформлению микропроцессорной системы. Эта характеристика особенно важна для встраиваемых МПС.
4. Уровни сигналов логического нуля и логической единицы, которые связаны с номиналами источников питания.
5. Тип корпуса - позволяет оценить пригодность схемы для работы в тех или иных условиях, а также возможность использования новой БИС в качестве замены существующей на плате.
6. Температура окружающей среды, при которой может работать схема. Здесь выделяют два диапазона:

• коммерческий (0 ⁰С … +70⁰С);

• расширенный (-40 ⁰С … +85 ⁰С).

7. Помехоустойчивость - определяет способность схемы выполнять свои функции при наличии помех. Помехоустойчивость оценивается интенсивностью помех, при которых нарушение функций устройства еще не превышает допустимых пределов. Чем сильнее помеха, при которой устройство остается работоспособным, тем выше его помехоустойчивость.

8. Нагрузочная способность, или коэффициент разветвления по выходу, определяется числом схем этой же серии, входы которых могут быть присоединены к выходу данной схемы без нарушения ее работоспособности. Чем выше нагрузочная способность, тем шире логические возможности схемы и тем меньше таких микросхем необходимо для построения сложного вычислительного устройства. Однако с увеличением этого коэффициента ухудшаются помехоустойчивость и быстродействие.
9. Надежность - это способность схемы сохранять свой уровень качества функционирования при установленных условиях за установленный период времени. Обычно характеризуется интенсивностью отказов (час-1) или средним временем наработки на отказ (час). В настоящее время этот параметр для больших интегральных схем обычно не указывается изготовителем.
10. Характеристики технологического процесса. Основной показатель здесь - разрешающая способность процесса. В настоящее время она составляет 32 нм, то есть около 30 тыс. линий на 1 мм. Более совершенный технологический процесс позволяет создать микропроцессор, обладающий большими функциональными возможностями. 
    1.3. Структура микропроцессора

В состав микропроцессора входят следующие устройства:

1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. АЛУ выполняет арифметические операции « + », « – », « ´ » и « ÷ » только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, то есть только над целыми двоичными числами[5].
2. Управляющее устройство (УУ). 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. Данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

4. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя.
5. 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.

6. Интерфейсная система  микропроцессора предназначена  для связи с другими устройствами компьютера и включает в себя:

• внутренний интерфейс микропроцессора;
• буферные запоминающие регистры;
• схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной .

На физическом уровне микропроцессор взаимодействует  с памятью и системой ввода-вывода через единый набор системных  шин - внутрисистемную магистраль[7]. В ее состав входят:

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.

Архитектура типичной небольшой  вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. 2.

 

Рис. 2. Архитектура типового микропроцессора

Микропроцессор является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ.

Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации[4,c.156]:

1. Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.
2. Арифметические операции, к которым в основном относят операции сложения и вычитания. Умножение и деление обычно реализуется с помощью специальных программ.
3. Логические операции, позволяющие компьютеру производить анализ получаемой информации. Простейшими примерами команд рассматриваемой группы могут служить сравнение, а также известные логические операции и, или, не.
4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо. В некоторых случаях сдвиги используются для реализации умножения и деления.
5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.
6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда относят условный и безусловный переходы, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Часто к этой группе относят операции по управлению процессором типа останов или нет операции.

Таким образом, микропроцессор выполняет следующие функции:

• выборку команд программы из основной памяти;
• дешифрацию команд;
• выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах; 
• управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода;
• отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств;
• управление и координацию работы основных узлов МП.

 

Заключение

В последние годы произошли  кардинальные изменения в области  вычислительной техники. Благодаря  разработке и внедрению микропроцессоров в структуру ЭВМ появились  малогабаритные, удобные для пользователя персональные компьютеры и в роли пользователя может быть не только специалист по вычислительной технике, но и любой человек.

Однако процесс повышения быстродействия микропроцессорных устройств идет неуклонно вперед и в настоящее время существуют микропроцессоры, минимальное время выполнения команды у которых достигает 5 нс. С помощью современных микропроцессоров уже сегодня возможно создавать системы управления с полосой пропускания в десятки и даже сотни Кгц. В свою очередь, аналоговые системы несмотря на практически мгновенное протекание сигналов также обладают конечным быстродействием из-за не идеальности компонентов и наличия паразитных реактивных связей в системе. Временные параметры цифровых систем, в отличие от аналоговых, не изменяются с течением времени и не зависят от внешних факторов.

Таким образом, в настоящее время, благодаря всему вышеперечисленному идет полномасштабное внедрение микропроцессорной техники практически во все сферы деятельности, где еще вчера господствовали аналоговые методы обработки информации.

В современной преобразовательной технике микроконтроллеры выполняют  не только роль непосредственного управления полупроводниковым преобразователем за счет встроенных специализированных периферийных устройств, но и роль цифрового  регулятора, системы защиты и диагностики, а также системы связи с технологической сетью высшего уровня.

 

2. Практическая часть

2.1. Общая характеристика задачи

В бухгалтерии  предприятия ООО «Александра» рассчитываются ежемесячные отчисления на амортизацию  по основным средствам. Данные для расчета начисленной амортизации приведены на рисунках.

1. Построить таблицы по приведенным ниже данным (Таблица 1,Таблица 2,Таблица 3,Таблица 4).
2. Выполнить расчет начисленной амортизации в каждом месяце и остаточной стоимости основных средств на конец месяца (Таблица 5).
3. Организовать межтабличные связи для автоматического формирования сводной ведомости по начисленной амортизации.
4. Сформировать и заполнить сводную ведомость начисленной амортизации по основным средствам за квартал.
5. результаты изменения первоначальной стоимости основных средств на конец квартала представить в графическом виде.

Подобные задачи решаются в бухгалтерии, на складах предприятия в целях накопления средств для полного восстановления основных фондов.

Таблица 1

Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.
Наименование  основного  средства	Остаточная  стоимость  на  начало  месяца, руб.	Начисленная  амортизация,  руб.	Остаточная  стоимость на конец месяца, руб.
Офисное кресло	1242,00
Стеллаж	5996,40
Стол офисный	3584,00
Стол-приставка	1680,00
ИТОГО

 

Таблица 2

Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.
Наименование  основного средства	Остаточная  стоимость на начало месяца, руб.	Начисленная  амортизация, руб.	Остаточная  стоимость  на  конец  месяца, руб.
Офисное кресло
Стеллаж
Стол офисный
Стол-приставка
ИТОГО