Лекция "Классификация и типовая структурная схема микропроцессора"

Дисциплина «Архитектура аппаратных средств»

Специальность 09.02.06 Сетевой и системный администратор

ВАГАНОВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА

преподаватель спец. дисциплин и профессиональных модулей

КЛАССИФИКАЦИЯ И ТИПОВАЯ СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА

План урока:

• Организация работы и функционирование процессора Характеристики микропроцессора Архитектуры CISC, RISC, MISC Структура микропроцессора Роль микропроцессора в работе микро-ЭВМ
• Организация работы и функционирование процессора
• Характеристики микропроцессора
• Архитектуры CISC, RISC, MISC
• Структура микропроцессора
• Роль микропроцессора в работе микро-ЭВМ

ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ПРОЦЕССОР?

Применение процессоров

Развитие элементной вычислительной базы компьютеров

ЧТО ТАКОЕ ПРОЦЕССОР?

Что внутри процессора

Микросхемы внутри процессора работают на основе транзисторов, количество которых может достигать миллиарда. Размеры транзисторов диктует техпроцесс процессора, непосредственно определяющий размеры элементов, которые составляют основу внутреннего строения процессора.

Ядро, используемое в том или ином чипе – это часть процессора, выполняющая один поток команд. Оно определяет его произ-водительность, энергопотребление и тактовую частоту.

Назначение микропроцессора

Микропроцессор – это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

Процессор управляет последова-тельностью вычислений и координирует работу всех устройств компьютера.

Характеристики микропроцессора

• производительность тактовая частота разрядность процессора количество ядер сокет (разъём) размерность технологического процесса кэш-память процессора встроенное графическое ядро рабочая температура процессора
• производительность
• тактовая частота
• разрядность процессора
• количество ядер
• сокет (разъём)
• размерность технологического процесса
• кэш-память процессора
• встроенное графическое ядро
• рабочая температура процессора

Производительность

Производительность процесса – это вычисли-тельная мощность компью-тера. Это интегральная характеристика, которая зависит от показателей частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.).

Тактовая частота

Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц

По частоте ЦП делят на три категории:

• до 3 ГГц — бюджетные модели для простых офисных и домашних сборок;
• от 3 до 4 ГГц —подойдут и для офисного, и для игрового ПК;

• более 4 ГГц — устанавливаются только на компьютеры, предназначенные для решения сложных задач, запуска ресурсоёмких программ.

Разрядность процессора

Это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция.

Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера .

Количество ядер

Ядро, используемое в том или ином чипе – это часть процессора, выполняющая один поток команд. Оно определяет его производи-тельность, энергопотребление и тактовую частоту.

Процессоры, содержащие на одном кристалле или в одном корпусе несколько ядер, называются многоядер-ными.  

= графический процессор

Сокеты

Каждый разъем допускает установку исключительно конкретного типа процессоров, поэтому необходимо сверять сокет выбранного пользователем процессора с определённой материн-ской платой.

Самыми распространёнными и «ходовыми» на текущий момент сокетами являются:

• AM4 в случае с процессорами от AMD;

• LGA 1151, LGA 1151v2 и LGA 2066, если говорить про чипы от Intel.

Размерность технологического процесса

Частота работы кристалла определяется частотой переключений транзисторов. Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор содержит транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется.

Кэш-память процессора

Для большинства запросов есть данные в кэше

Кэш-память

Оперативная память

Процессор

Кэш-контроллер

Процессор делает много запросов к ОЗУ

Малая часть запросов требует обращения к ОЗУ

Кэш-память процессора

КЭШ:

L1-маленькая, быстрая

L2-средняя по размеру и быстродей-ствию

L3-большая, медленная

Intel

AMD

Встроенное графическое ядро

Микрочип Graphics Processing Unit (GPU):

• элемент на отдельной плате — это видеокарта;
• встроен непосредственно в материнскую плату;
• встроен в процессор как отдельное графическое ядро.

Такое «объединение» несет в себе 3 задачи:

• уменьшить энергозатраты аппаратной части компьютера;
• создать более компактное «железо»;
• снизить стоимость компьютера.

Рабочая температура процессора

Характеристики микропроцессора

тактовая частота

производительность

разрядность процессора

количество ядер

сокет (разъём)

размерность технологического процесса

кэш-память процессора

рабочая температура процессора

встроенное графическое ядро

21

КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

21

Универсальные

По назначению

Специализированные

21

Однопрограммные

По количеству выполняемых программ

Мультипрограммные

23

CISC

По объёму набора инструкций

RISC

MISC

25

25

Однокристальные

По числу БИС

Многокристальные

Многокристальные секционные

27

Цифровые

По виду обрабатываемых сигналов

Аналоговые

27

Синхронные

По характеру временной организации работы

Асинхронные

Комбинированные

29

Одномагистральные

По организации структуры

Многомагистральные

29

Арифметический

Буферный

По функциональному назначению

Интерфейсный

Лингвистический

Терминальный

30

ФУНКЦИИ И СТРОЕНИЕ ПРОЦЕССОРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

31

Функции МП

1. Обработка данных в соответствии с прописанной программой.

2. Программное управление работой всех устройств компьютера.

31

Цикл операций

«выборка»

«декодирование»

«выполнение»

«хранение»

33

Упрощённая схема микропроцессора

34

Структура микропроцессора

УУ

АЛУ

34

Аккумулятор

Счетчик команд

Регистр команд

Сумматор

Регистры

34

Схема типового микропроцессора

37

Упрощённая схема микропроцессора

37

АЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОЦЕССОРА

37

Диаграмма выполнения процедуры ввода-запоминания-вывода

В качестве примера, иллюстрирующего работу микро ЭВМ, рассмотрим процедуру, для реализации которой нужно выполнить следующую последовательность элементарных операций: 

Нажать клавишу с буквой "А" на клавиатуре. 

• Поместить букву "А" в память микро ЭВМ. 

• Вывести букву "А" на экран дисплея. 

Это типичная процедура ввода-запоминания-вывода, рассмотрение которой дает возможность пояснить принципы использования некоторых устройств, входящих в микро ЭВМ. 

37

ВЫВОДЫ

МП является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями и отвечает за координацию работы основных узлов МПС; 

работа МП представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения; 

последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ. 

37

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

42