Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ  

КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ

ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по  дисциплине «ИНФОРМАТИКА»

на  тему: «Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК» 
 
 
 
 
 

      Исполнитель: 

      Специальность 

      Группа 

      № зачетной книжки 

      Руководитель: 
 
 
 
 
 

– 2010

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 

 

 

    Введение 

     Важнейший компонент любого персонального  компьютера - это микропроцессор, который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации.

     Актуальность  этой темы состоит в том, что микропроцессор компьютера является основой современной  компьютерной техники. Компьютерная техника  лежит в основе современного прогресса. Она обеспечивает работу современных станков, контроль технологических процессов на производстве, связь на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса. И в зависимости от того, как будет в будущем меняться мощность этой маленькой детали, будет зависеть производительность всей компьютерной техники в целом.

     В микропроцессорах - наиболее сложных  микроэлектронных устройствах - воплощены самые передовые достижения инженерной мысли. В условиях свойственной данной отрасли производства жесткой конкуренции и огромных капиталовложений выпуск каждой новой модели микропроцессора, так или иначе, связан с очередным научным, конструкторским, технологическим прорывом.

     В микропроцессорах нашли отражение  высокие научно-технические достижения в области физики твердого тела, кристаллографии, радиотехники и электроники, математики и автоматизации, кибернетики и электроники. Известны различные применения микропроцессоров. Важнейшими из них являются: автоматизация электротехнического оборудования, управление производством, физическое и математическое моделирование, обработка результатов экспериментов, управление приборами и искусственными органами в медицине, обеспечение безопасности движения на транспорте и т.д.

     Цель данной курсовой работы: рассмотреть классификацию, структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

     Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

     - раскрыть основные понятия темы;

     - дать общую схему классификации  микропроцессоров;

     - рассмотреть структуру и основные  характеристики микропроцессоров ПК.

    Данная  курсовая работа выполнена на компьютере AMD Turion X2 Dual-Core Mobile RM-74 2.2 ГГц c программным обеспечением Windows 7 и Microsoft Office 2007.

 

    1. Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

    1.1. Определение микропроцессора. 

        Микропроцессором  называется функционально законченное программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации и управления процессом этой обработки и выполненное в виде большой интегральной схемы.

         Микропроцессоры подразделяются на универсальные (применяемые для решения любых задач) и специализированные (для решения ограниченного круга задач).

Основными характеристиками микропроцессора являются его разрядность  и тактовая частота, определяющая время  выполнения микропроцессором отдельных операций по обработке данных.

В основу устройства и принципа действия микропроцессора  положены два постулата:

1. Наиболее эффективной для представления чисел внутри ЭВМ является двоичная система счисления.
2. Любой алгоритм обработки информации может быть реализован в виде набора простейших арифметических операций.

        Первые микропроцессоры появились в 1970-х и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры.

        Непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров, в настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных суперкомпьютеров.

      С начала 1970-х широко известно, что  рост мощности микропроцессоров следует закону Мура, который утверждает что число транзисторов на интегральной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев. В конце 1990-х главным препятствием для разработки новых микропроцессоров стало тепловыделение из-за утечек тока и других факторов [1].

    1.2. Классификация микропроцессоров

 

     По  числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте  различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

     Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

     Многокристальные  секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями. 

         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 усложняет их конструкцию, но увеличивает производительность.

     По  виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры - цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов.

     По  характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные.

     Синхронные  микропроцессоры - микропроцессоры, в  которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления.

     Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции.

     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 программ.  
 

    1.3. Структура микропроцессора.

       Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор  выполняет следующие основные функции:

1. чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
2. чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
3. прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
4. обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
5. выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

    Собственным процессором снабжена видеоплата, звуковая плата, множество внешних устройств. И часто по производительности эти микросхемы могут поспорить с главным, Центральным Процессором, но в отличие от него все они являются узкими специалистами. Основное и главное отличие центрального процессора — это его универсальность.

    Любой процессор — это выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов — транзисторов, соединенных металлическими мостиками-контактами. Именно они и наделяют компьютер способностью вычислять, производя определенные математические операции с числами, в которые преобразуется любая поступающая в компьютер информация.

    Безусловно, один транзистор никаких особых вычислений произвести не может. Единственное, на что способен этот электронный переключатель  — это пропустить сигнал дальше или задержать его. Наличие сигнала дает логическую единицу (да); его отсутствие — логический же ноль (нет).

    Однако  процессор — это не просто скопище  транзисторов, а целая система множества важных устройств [4, с.38]. В состав микропроцессора входят следующие устройства:

    1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

    2. 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, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах [3, с.80].

    4. 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 [4, с.38].

    5. Процессор связан несколькими группами проводников называемых шинами. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

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 [3, с.80].