Содержание
Введение
1.Функции, параметры и производительность микропроцессоров
1.1 Функциимикропроцессоров
1.2 Параметрымикропроцессоров
1.3 Производительностьмикропроцессоров
2. Сравнительныехарактеристики
3.Поколенияпроцессоров Intel
Заключение
Библиографическийсписок
Введение
Важнейший компонентлюбого персонального компьютера — это его микропроцессор. Данный элемент вбольшей степени определяет возможности вычислительной системы и, образновыражаясь, является его сердцем. До настоящего времени безусловным лидером всоздании современных микропроцессоров остаётся фирма Intel.
Микропроцессор, какправило, представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную ведином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центральногопроцессора. Степень интеграции определяется размерами кристалла и количествомреализованных в нём транзисторов. Часто интегральными микросхемы называютчипами (chips).
К обязательнымкомпонентам микропроцессора относятся арифметико-логическое (исполнительное)устройство и блок управления. Они характеризуются скоростью (тактовойчастотой), разрядностью или длинной слова (внутренней и внешней), архитектуройи набором команд. Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры,стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных.Обычно используются следующие типы данных: бит (один разряд), байт (8 бит),слово (16 бит), двойное слово (32 бита). Выполняемые микропроцессором командыпредусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции,передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (междурегистрами, памятью, портами ввода-вывода).
Под конвейерным режимомпонимают такой вид обработки, при котором интервал времени, требуемый длявыполнения процесса в функциональном узле (например, в арифметико-логическомустройстве) микропроцессора, продолжительнее, чем интервалы, через которыеданные могут вводится в этот узел. Предполагается, что функциональный узелвыполняет процесс в несколько этапов, то есть когда первый этап завершается,результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратныесредства. Разумеется, что устройство, используемое на первом этапе, оказываетсясвободным для начала новой обработки данных. Как известно, можно выделитьчетыре этапа обработки команды микропроцессора: выборка, декодирование,выполнение и запись результата. Иными словами, в ряде случаев пока перваякоманда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.
С внешними устройствамимикропроцессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенныхна специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядностьвнутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешнихвыводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разряднымирегистрами может иметь, например только 16 линий внешних данных. Объёмфизически адресуемой микропроцессорной памяти однозначно определяетсяразрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N,где N — количество адресныхлиний. Любое внешнее устройство, совершающее по отношению к микропроцессоруоперации ввода-вывода, можно назвать периферийным.
Регистр представляетсобой совокупность бистабильных устройств ( то есть имеющих два устойчивыхсостояния), предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. Вкачестве таких устройств в интегральных схемах используют триггеры. Триггер всвою очередь выполнен на транзисторных переключателях (электронных ключах). Врегистре из N триггеров можнозапомнить слово из N бит информации.
Порт — это некая схема сопряжения, обычно включающая в себя один или несколькорегистров ввода-вывода и позволяющая подключить, например периферийноеустройство к внешним шинам микропроцессора. Практически каждая микросхемаиспользует для различных целей несколько портов ввода-вывода. Каждый порт персональномкомпьютере имеет свой уникальный номер. Заметим, что номера порта — это, посути, адрес регистра ввода-вывода, причём адресные пространства основной памятии портов ввода-вывода не пересекаются.
Подпрерываниемпонимается сигнал, по которому процессор узнаёт совершении некоторогоасинхронного события. При этом исполнение текущей последовательности командприостанавливается (прерывается), а в место неё начинает выполнятся другаяпоследовательность, соответствующая данному прерыванию. Прерывания можноклассифицировать как аппаратные, логические и программные. Аппаратныепрерывания обычно связаны с запросами от периферийных устройств (например,нажатие клавиши клавиатуры), логические возникают при работе самогомикропроцессора (деление на ноль), а программные инициализируются выполняемойпрограммой и используются для вызова специальных подпрограмм. Кроме того,прерывания могут быть маскируемыми, то есть при определённых условиях(например, запрете на определение прерывания) микропроцессор не обращает на нихвнимание, и немаскируемыми. В последнем случае, как правило, должныобрабатываться почти катастрофические события (падение напряжения питания илиошибка памяти).
В режиме прямогодоступа (DMA, DirectMemory Access)периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно, минуявнутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективна такая передача данныхв ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена при передаче большогоколичества информации (например, при загрузке данных в память с внешнегонакопителя).
Довольно часто дляадресов, номеров портов, прерываний и т.д. используется шестнадцатеричнаясистема счисления. В этом случае после соответствующего числа стоит буква ‘h’(hexadecimal).
1.Функции,параметры и производительность микропроцессоров
Наиболее важнымикомпонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики,являются микропроцессоры, системные платы и интерфейсы.
Микропроцессор (МП),или Central Processing Unit (CPU) -функционально законченное программноуправляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной илинескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.
1.1 Функциимикропроцессоров
Микропроцессорвыполняет следующие функции:
- вычислениеадресов команд и операндов;
- выборкуи дешифрацию команд из основной памяти (ОП);
- выборкуданных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
- приеми обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
- обработкуданных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;
- выработкууправляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;
- переходк следующей команде.
1.2 Параметрымикропроцессоров
Основными параметрамимикропроцессоров являются:
- разрядность;
- рабочаятактовая частота;
- размеркэш-памяти;
- составинструкций;
- конструктив;
- рабочеенапряжение и т. д.
Разрядность шины данныхмикропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могутвыполняться операции; разрядность шины адреса МП определяет его адресноепространство.
Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может бытьнепосредственно адресовано микропроцессором.
Рабочая тактоваячастота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, поскольку каждаякоманда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие(производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системнойплаты, с которой работает (может работать) МП.
Кэш-память,устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:
L1 — память 1-гоуровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда наполной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП i486 и в МП i386SLC);
L2 — память 2-гоуровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутреннеймикропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium II). Память L2 можетработать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памятизависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.
Состав инструкций — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа командзависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW и т. д.). Перечень и видкоманд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться надданными в МП, и те категории данных, над которыми могут применяться этипроцедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились вомногих МП (286, 486, Pentium Pro и т. д.). Но существенное изменение составаинструкций произошло в МП i386 (этот состав далее принят за базовый), PentiumMMX, Pentium III, Pentium 4.
Конструктивподразумевает те физические разъемные соединения, в которые устанавливается МПи которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разныеразъемы имеют разную конструкцию (Slot — щелевой разъем, Socket — разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различныесигналы и рабочие напряжения.
Рабочее напряжениетакже является фактором пригодности материнской платы для установки МП.
Первый микропроцессорбыл выпущен в 1971 году фирмой Intel (США) — МП 4004. В настоящее время разнымифирмами выпускается много десятков различных микропроцессоров, но наиболеепопулярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel иIntel-подобные.
1.3 Производительностьпроцессора
До недавнишнего времениосновной мерой производительности микропроцессоров (да и компьютеров) считаласьих тактовая частота работы, и это было, вообще говоря, справедливо. Однако помере усложнения архитектуры микропроцессоров (RISC- ядро, встроенная кэш-память, технология внутреннего умножения тактовойчастоты) данный параметр работы устройств, хотя и остаётся важным показателемих производительности, уже не является определяющим. Именно этим можнообъяснить, например, тот факт, что микропроцессор i486SX-25производительнее i386DX-33.
В 1992 году фирма Intelпредложила индекс для оценки производительности своих микропроцессоров — iCOMP(Intel ComparativeMicroprocessorPerformance). Сам индекспредставляет из себя число, которое отражает относительную производительностьданного устройства по сравнению с другими микросхема семейства х86 и Pentium.Производительность процессора 486SX-25принимается за 100. Заметим, что новый индекс не заменяет известные тестовыепрограммы (benchmark) уже хотя быпотому, что измеряет относительную производительность микропроцессора, а несистемы в целом. Кстати говоря, при вычислении индекса iCOMPучитываются операции со следующими «взвешенными» компонентами (числами):16-разрядные целые (67%),16-разрядные действительные (3%), 32-разрядные целые(25%), 32-разрядные действительные (5%). К слову, именно величинапроизводительности с индексом iCOMPиспользовалась фирмой Intelв новой системе маркировки процессоров Pentium,например 735\90 и 815\100 для тактовой частоты 90 и 100 МГц. Следует, однако,учитывать, что в реальных системах может наблюдаться другое соотношениепроизводительности процессоров. Связанно это как с особенностями конкретныхсистемных плат, так и, в случае с Pentium,с тем, что для достижения максимальной производительности требуется оптимизацияпрограммных кодов.
2.Сравнительные характеристики микропроцессоров
В таблице 1 приведеносравнение характеристик современных микропроцессоров. Таблица составлена поданным, опубликованным на веб-серверах производителей, по состоянию на ноябрь2003 года.
* FLOP = операций сплавающей точкой за такт.
** Лучшие результатытестов SPECint2000 и SPECfp2000 для однопроцессорных конфигураций. Результатыбыли взяты с сервера www.spec.org
*** Максимальное потреблениеэлектроэнергии.