СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОЦЕССОРА
2. ТИПЫ ПРОЦЕССОРОВ
3. СОПРОЦЕССОРЫ
4. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА
4.1 Устройство управления
4.2 Микропроцессорная память
4.3 Интерфейсная часть микропроцессора
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Процессор (илицентральный процессор, ЦП) — это транзисторная микросхема, которая являетсяглавным вычислительным и управляющим элементом компьютера.
Английское названиепроцессора — CPU (Central Processing Unit).
Процессор представляетсобой специально выращенный полупроводниковый кристалл, на которомрасполагаются транзисторы, соединенные напыленными алюминиевыми проводниками.Кристалл помещается в керамический корпус с контактами.
В первом процессорекомпании Intel — i4004, выпущенном в 1971 году, на одном кристалле было 2300транзисторов, а в процессоре Intel Pentium 4, выпущенном 14 апреля 2003 года,их уже 55 миллионов.
Современные процессорыизготавливаются по 0,13-микронной технологии, т.е. толщина кристалла процессорасоставляет 0,13 микрон. Для сравнения — толщина кристалла первого процессораIntel была 10 микрон.
В нашей курсовой работемы ставим целью рассмотреть назначение, основные функции процессора, егоосновные особенности, а также описать структуру и функционированиемикропроцессоров.
/>1.НАЗНАЧЕНИЕИ ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОЦЕССОРА
Центральный процессор(ЦП; англ. central processing unit, CPU,дословно — центральное вычислительное устройство) — исполнитель машинныхинструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемогологического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданныхпрограммами.
СовременныеЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих всеособенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. Ссередины 1980-х последние практически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чеготермин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова«микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройстванекоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексыбольших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).
Изначальнотермин «Центральное процессорное устройство» описывал специализированный класс логическихмашин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствиедовольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в товремя компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на самикомпьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютернымсистемам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализацияпроцессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемыефункции остались теми же, что и прежде.
Ранние ЦПсоздавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и дажеединственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящегоспособа разработки процессоров, предназначенных для выполнения однойединственной или нескольких узкоспециализированных программ, производителикомпьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевыхпроцессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующихзародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров,а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Созданиемикросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременнымуменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоровпривели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств вповседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только втаких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах,мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами,где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительныекомпоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры,и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы спроцессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительнопревосходят их показатели.
Большинствосовременных процессоров для персональных компьютеров, в общем, основаны на тойили иной версии циклического процесса последовательной обработки информации,изобретённого Джоном фон Нейманом.
Д. фон Нейманпридумал схему постройки компьютера в 1946 году [6, c. 115]. Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. Вразличных архитектурах и для различных команд могут потребоватьсядополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоватьсядополнительные обращения к памяти, во время которых производится считываниеоперандов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фонНеймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.
Этапы циклавыполнения:
1. Процессорвыставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаётпамяти команду чтения;
2. Выставленноечисло является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения,выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает оготовности;
3. Процессорполучает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машиннуюинструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
4. Если последняя командане является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (впредположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся всчётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
5. Снова выполняетсяп. 1.
Данный циклвыполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошлоназвание устройства).
Во времяпроцесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти,и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой ипредставляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания командизменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адресследующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процессаможет служить случай получения команды останова или переключение в режимобработки прерывания.
Командыцентрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером,поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производитсяникакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, непроверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял толькодопустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы ввиде необходимой программы.
Скоростьперехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором.Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центральногопроцессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.
Рассмотримконвейерную архитектуру процессора. Конвейерная архитектура (pipelining) былавведена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно длявыполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипныхопераций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифрация команды, адресацияоперанда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результатав ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например,конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:
· получение идекодирование инструкции (Fetch)
· адресация ивыборка операнда из ОЗУ (Memory access)
· выполнениеарифметических операций (Arithmetic Operation)
· сохранениерезультата операции (Store)
Послеосвобождения k-й ступени конвейера она сразуприступает к работе над следующей командой. Если предположить, что каждаяступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение командына конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случаерезультат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждуюединицу времени.
Действительно,при отсутствии конвейера выполнение команды займёт nединиц времени (так как для выполнения команды по прежнему необходимо выполнятьвыборку, дешифрацию и т. д.), и для исполнения mкоманд понадобится />единиц времени; прииспользовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения m команд понадобится всего лишь n + mединиц времени.
Факторы,снижающие эффективность конвейера:
1) простойконвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборкаоперанда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами);
2) ожидание: еслиследующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начатьвыполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередноговыполнения команд, out-of-order execution);
3) очистка конвейерапри попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используяпредсказание переходов).
Некоторыесовременные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличиваетпроизводительность процессора, однако приводит к большому времени простоя(например, в случае ошибки в предсказании условного перехода.)
Первымобщедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всехсовременных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядныхмодулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти.Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появилсязащищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мбпамяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенныйзащищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гбоперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейкапроцессоров построена на регистровой вычислительной модели.
Параллельноразвиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.
Рассмотрим технологиюизготовления процессоров.
В современныхкомпьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около5×5×0,3 см) вставляющегося в ZIF-сокет. Большая часть современныхпроцессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащегомиллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первыхкомпьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целыешкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельныхкомпонентов.
В начале1970-х годов благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших исверхбольших интегральных схем, соответственно), микросхем, стало возможнымразместить все необходимые компоненты ЦП в одном полупроводниковом устройстве.Появились так называемые микропроцессоры. Сейчас слова микропроцессор ипроцессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому чтообычные (большие) и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали еще, по крайней мере,10-15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старшихсобратьев. Надо сказать, что переход к микропроцессорам позволил потом создатьперсональные компьютеры, которые теперь проникли почти в каждый дом [1, c. 88].
Первыймикропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 года корпорациейIntel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 740 кГц истоил 300 долл.
За годысуществования технологии микропроцессоров было разработано множество различныхих архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде)используются и поныне. Например, Intel x86, развившаяся вначале в 32-битнуюIA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T).Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональныхкомпьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активноиспользуются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров довстраиваемых решений. Также можно перечислить такие архитектуры как Alpha, POWER,SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC — архитектуры) и IA-64 (EPIC-архитектура).
Большинствопроцессоров используемых в настоящее время являются Intel-совместимыми, то естьимеют набор инструкций и пр., как процессоры компании Intel.
Наиболеепопулярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM. Средипроцессоров от Intel: 8086, i286 (в компьютерном сленге называется «двойка»,«двушка»), i386 («тройка», «трёшка»), i486 («четвёрка»), Pentium («пень»,«пенёк», «второй пень», «третий пень» и т. д. Наблюдается также возвратназваний: Pentium III называют «тройкой», Pentium 4 - «четвёркой»), PentiumII, Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium), Pentium 4, Core 2 Quad, Corei7, Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium, Atom (серия процессоров длявстраиваемой техники) и др. AMD имеет в своей линейке процессоры архитектурыx86 (аналоги 80386 и 80486, семейство K6 и семейство K7 — Athlon, Duron, Sempron)и x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron и др.).
/>2.ТИПЫПРОЦЕССОРОВ
CISC-процессоры
ComplexInstruction Set Computer — вычисления со сложным набором команд. Процессорнаяархитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителямиCISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет этипроцессоры являются CISC только по внешней системе команд).
RISC-процессоры
ReducedInstruction Set Computer — вычисления с сокращённым набором команд. Архитектурапроцессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуетсяналичием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операцийтипа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISCразработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придуманоДэвидом Паттерсоном (David Patterson).
Среди первыхреализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC.В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.
MISC-процессоры
MinimumInstruction Set Computer — вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшееразвитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты,изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылуборьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISCпроцессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительноймодели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд)./>
Многоядерныепроцессоры
Содержатнесколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или несколькихкристаллах).
Процессоры,предназначенные для работы одной копии операционной системы на несколькихядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию мультипроцессорности.
Двухъядерностьпроцессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер:например двухъядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физическогоядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core2 Quad состоит из двух физических ядер, каждое из которых в свою очередьразделено на два логических ядра, что существенно влияет на скорость егоработы.
10 сентября 2007года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхъядерныепроцессоры для серверов AMD Opteron, имевшие в процессе разработки кодовоеназвание AMD Opteron Barcelona. 19 ноября 2007 года вышел в продажучетырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMD Phenom. Эти процессорыреализуют новую микроархитектуру K8L (K10).
27 сентября 2006года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагается,что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньшеперехода на 32-нанометровый техпроцесс, а это в свою очередь ожидается к 2010году.
26 октября 2009года Tilera анонсировалаhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D1%80- cite_note-3#cite_note-3100-ядерный процессор широкого назначения серии TILE-Gx. Каждое процессорноеядро представляет собой отдельный процессор с кэшем 1, 2 и 3 уровней. Ядра,память и системная шина связаны посредством технологии Mesh Network. Процессорыпроизводятся по 40-нм нормам техпроцесса и работают на тактовой частоте 1,5ГГц. Выпуск 100-ядерных процессоров назначен на начало 2011 года.
На данныймомент массово доступны двух-, четырёх- и шестиядерные процессоры, в частности IntelCore 2 Duo на 65-нм ядре Conroe (позднее на 45-нм ядре Wolfdale) и Athlon 64 X2на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерныйпроцессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку издвух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал IntelCore 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющембольший объём кэша и рабочие частоты.
Компания AMDпошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единымкристаллом (в отличие от Intel, первые четырехъядерные процессоры которойпредставляют собой фактически склейку двух двухъядерных кристаллов). Несмотряна всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхъядерник» фирмы,получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставаниеот современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентовв зависимости от модели и конкретных задач.
К 1-2кварталу 2009 года обе компании обновили свои линейки четырёхъядерныхпроцессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трёх моделей,работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора являетсяиспользование трёхканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологииэмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Крометого, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительностьпроцессора во многих типах задач. Слабой стороной платформы, использующей Corei7, является её чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессоранеобходима дорогая материнская плата на чипсете Intel X58 и трёхканальный наборпамяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.
Компания AMDв свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработкекомпания учла свои ошибки: был увеличен объём кэша (явно недостаточный упервого «Фенома»), а производство процессора было переведено на 45 нмтехпроцесс, позволивший снизить тепловыделение и значительно повысить рабочиечастоты. В целом, AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень спроцессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительноотстаёт от Intel Core i7. Однако, принимая во внимание умеренную стоимостьплатформы на базе этого процессора, его рыночные перспективы выглядят куда болеерадужно, чем у предшественника.
/>3.СОПРОЦЕССОРЫ
Сопроцессор — специализированный процессор, расширяющий возможности центрального процессора компьютернойсистемы, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Физическисопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен вцентральный процессор (как это делается в случае математического сопроцессора впроцессорах для ПК начиная с Intel 486DX).
Математическийсопроцессор 80x287 в колодке на базовой плате персонального компьютера.
Различаютследующие виды сопроцессоров:
· математическиесопроцессоры общего назначения, обычно ускоряющие вычисления с плавающей точкой,
· сопроцессорыввода-вывода (например — Intel 8089), разгружающие центральный процессор отконтроля за операциями ввода-вывода или расширяющие стандартное адресноепространство процессора,
· сопроцессоры длявыполнения каких-либо узкоспециализированных вычислений.
Сопроцессорымогут входить в набор логики, разработанный одной конкретной фирмой (например, Intelвыпускала в комплекте с процессором 8086 сопроцессоры 8087 и 8089) иливыпускаться сторонним производителем (например, Weitek 1064 для M68k и 1067 дляIntel 80286).
Сопроцессоррасширяет систему инструкций центрального процессора, поэтому для егоиспользования, программа (компилируемая без интерпретации и вызова внешнихбиблиотек) должна содержать эти инструкции. Настройки современных компиляторовдля языков высокого уровня под процессоры семейства x86 зачастую позволяютвыбирать: использовать математический сопроцессор или нет, что особенно важнопри создании кода, который будет исполняться внутри обработчика аппаратногопрерывания.
/>4.СТРУКТУРАМИКРОПРОЦЕССОРА
Разработкоймикропроцессоров в России занимаются ЗАО «МЦСТ» и НИИСИ РАН.
НИИСИ разрабатываетпроцессоры серии Komdiv на основе архитектуры MIPS.
МЦСТразработаны и внедрены в производство универсальные RISC-микропроцессоры спроектными нормами 130 и 350 нм. Завершена разработка суперскалярногопроцессора нового поколения Эльбрус. Основные потребители российских микропроцессоров- предприятия ВПК./>
Историяразвития микропроцессора включает следующие этапы:
· 1998 год, SPARC-совместимыймикропроцессор с технологическими нормами 500 нм и частотой 80 МГц.
· 2001 год, МЦСТ-R150 -SPARC-совместимый микропроцессор с технологическими нормами 350 нм и тактовойчастотой 150 МГц.
· 2003 год, МЦСТ-R500 -SPARC-совместимый микропроцессор с технологическими нормами 130 нм и тактовойчастотой 500 МГц.
· 2004 год, Эльбрус2000 (E2K) - микропроцессор нового поколения на полностью заказнойтехнологии с технологическими нормами 130 нм и тактовой частотой 300 МГц(авторские права защищены 70 патентами). E2K имеет разработанную российскимиучёными вариант архитектуры явного параллелизма, аналог VLIW/EPIC.
· Январь 2005 года.Успешно завершены государственные испытания МЦСТ-R500. Этот микропроцессорявился базовым для пяти новых модификаций вычислительного комплекса Эльбрус-90микро,успешно прошедших типовые испытания в конце 2004 года.
· На базе МЦСТ-R500в рамках проекта Эльбрус-90микро создан микропроцессорный модуль МВ/C,фактически являющийся одноплатной ЭВМ.
· На базе ядраМЦСТ-R500 начата разработка двухпроцессорной системы на кристалле (СНК). Накристалле будут также размещены все контроллеры, обеспечивающие еёфункционирование как самостоятельной ЭВМ. На базе СНК планируется созданиесемейств новых малогабаритных носимых вычислительных устройств — ноутбуков,наладонников, GPS-привязчиков и т. п.
· Май 2005 года — получены первые образцы микропроцессора Эльбрус 2000.
/>4.1 Устройство управления
Микропроцессорили микрокомпьютер является практически законченной системой управления. Онимеет сложную архитектуру и представляет собой сверхбольшую интегральную схему,выполненную, как правило, на одном полупроводниковом кристалле. Различные типымикропроцессоров отличаются типом и размером памяти, набором команд, скоростьюобработки данных, количеством входных и выходных линий, разрядностью данных. Всамом общем виде структурная схема микропроцессора может иметь следующий вид(рисунок 1):
/>
Рисунок 1 — Структурная схема микропроцессора
Центральныйпроцессор (CPU) является обязательным узлом любого микропроцессорногоустройства, его ядром. В его состав входит: арифметико-логическое устройство(АЛУ); регистр-аккумулятор; логические устройства управления и синхронизации;внутренняя шина.
Арифметико-логическоеустройство выполняет арифметические или логические операции над данными,представленными в двоичном или двоично-десятичном коде. Результат выполнения операциисохраняется в так называемом регистре-аккумуляторе. Регистр-аккумуляторпредставляет собой ячейки оперативной памяти, но, в отличие от ОЗУ, обменинформацией производится более короткими командами, т.е. регистр-аккумуляторявляется наиболее быстродействующим устройством памяти микропроцессора.
Устройствоуправления и синхронизации применяется для управления другими узламимикропроцессора, обеспечивая выполнение необходимых задач в соответствии спрограммой, хранимой в ПЗУ. Узел синхронизации обеспечивает синхронную работувсех узлов с помощью импульсов синхронизации и других управляющих сигналов. Всостав устройства управления и синхронизации входит тактовый генератор иформирователь тактовых импульсов. Для генерации импульсов синхронизации используетсякварцевый генератор, имеющий внешний кварцевый резонатор. Частота тактовогогенератора определяет быстродействие микропроцессора.
Связь междуразличными элементами микропроцессора осуществляется с помощью внутренней шины.Шина — это группа проводников, используемых в качестве линии связи для передачицифровой информации. В микропроцессоре имеется три основных вида шин: это шинаданных, адресная шина и шина управления.
Шина данныхобеспечивает передачу данных между узлами процессора. Адресная шина используетсядля передачи адреса ячейки памяти с целью получить данные из постоянногозапоминающего устройства или оперативного запоминающего устройства. Шинауправления используется для передачи управляющих сигналов от микропроцессора кдругим элементам системы.
Постоянноезапоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения постоянной информации,которая вводится в него на этапе производства микропроцессора и не может бытьизменена. Это значит, что записанные на заводе-изготовителе данные сохраняютсянеизменными при выключении питания микропроцессора. ПЗУ расположено накристалле микропроцессора и состоит из большого количества ячеек. Каждая ячейкапамяти имеет свой порядковый номер, называемый адресом. В этих ячейках хранятсякоды команд — это и есть управляющая программа, исполняемая микропроцессором вовремя его работы. Информация вводится в ПЗУ на этапе изготовлениямикропроцессора, а процедура введения этой информации называется масочнымпрограммированием.
Оперативноезапоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного храненияпромежуточных данных. Микропроцессор в процессе работы может изменять этиданные. При выключении питания информация, хранимая временно в ОЗУ, несохраняется.
Устройствоввода/вывода (интерфейс ввода/вывода) обеспечивает связь с периферийнымиустройствами — микросхемами, клавиатурой и др. Подключение к внешнимустройствам производится через специальные устройства, называемые портами. Онивыполнены в виде набора двунаправленных линий. На структурной схеме показанпараллельный 8-разрядный порт (выводы 0...7), который можно конфигурироватьразличным образом. Последовательный порт можно реализовать, используя две линиипараллельного порта — одну для передачи, другую для приема необходимых данных.Количество портов может быть любое и зависит от выполняемых микропроцессоромзадач.
/>4.2 Микропроцессорная память
Микропроцессорная память(МПП) — служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации,непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МППстроится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействиямашины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поискаи считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующегомикропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (вотличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).
/>4.3 Интерфейсная часть микропроцессора
Интерфейсная системамикропроцессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК;включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемыуправления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая ихэффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O — Input/Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другоеустройство ПК. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательностьэлектрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовуючастоту машины.
Промежуток времени междусоседними импульсами определяет время одного такта работы машины или простотакт работы машины.
Частота генераторатактовых импульсов является одной из основных характеристик персональногокомпьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция вмашине выполняется за определенное количество тактов.
Системная шина. Этоосновная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связьвсех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:
— кодовую шину данных(КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всехразрядов числового кода (машинного слова) операнда;
— кодовую шину адреса(КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всехразрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнегоустройства;
— кодовую шину инструкций(КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций(управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
— шину питания, имеющуюпровода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
1) междумикропроцессором и основной памятью;
2) междумикропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
3) между основнойпамятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа кпамяти).
Все блоки, а точнее ихпорты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки)подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры(адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либонепосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему — контроллершины, формирующий основные сигналы управления [7, c. 213]. Обмен информацией между внешними устройствами исистемной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.
Основная память (ОП). Онапредназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блокамимашины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающееустройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранениянеизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяетоперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию вПЗУ нельзя).
ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации(программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительномпроцессе, выполняемом ПК в текущий период времени.
Главными достоинствамиоперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения ккаждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качественедостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней послевыключения питания машины (энергозависимость) [5, c. 99].
Таким образом,микропроцессор представляет собой сложным образом организованную структуру,каждый элемент которой выполняет определенную функцию.
/>ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные функцииопределяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией свнешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполненияосновных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог спользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются спомощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.
Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействиявходящих в нее компонентов.
Персональный компьютер — это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступностии универсальности применения. Достоинствами ПК являются:
1) малая стоимость,находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
2) автономностьэксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
3) гибкостьархитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфереуправления, науки, образования, в быту;
4) «дружественность»операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающаявозможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
5) высокаянадежность работы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ
1. Богумирский В.С. Руководствопользователя ПК. В 2-х ч. — СПб: Ассоциация OILCO, 1992. – 88 c.
2. Макарова Н.В., Николайчук Г.С.,Титова Ю.Ф. Компьютерное делопроизводство. — СПб.: Издательский дом «Питер»,2002.
3. Назаров П.М. Компьютерные технологииобработки информации. — М.: Финансы и статистика, 1995.
4. Пасько В.П. Word 6.0 для Windows (русифицированная версия). — Киев: BHV, 1995.
5. Под ред. Косарева В.П., Королева Ю.М.Экономическая информатика и вычислительная техника. — М.: Перспектива, 2000. — 99с.
6. Под ред. проф. Шуремова Е.Л., доц.Тимаковой Н.А., доц. Мамонтовой Е.А. Практикум по экономической информатике. — М.: Перспектива, 2000.
7. Рассел Борланд. Running Word 6.0 для Windows (Русская редакция). -М.: ТОО Channel Trading Ltd., 1995. – 213 c.