Доклад
материал по физкультуре

Государственное бюджетное профессиональное учреждение Ростовской области

<Волгодонской педагогический колледж>

Реферат

По дисциплине: информатика

На тему:

Выполнил:

Преподаватель:

Г.Волгодонск 2023

Микропроцессор – блок управления, способный выполнять операции ALU и взаимодействовать с подключенными устройствами. Именно эта деталь обрабатывает основной массив данных.

Задачи микропроцессора

Когда говорят о центральном процессоре (CPU, ЦП), имеют в виду прежде всего микропроцессор. Простыми словами, это устройство обработки информации. Оно ответственно за аппаратный контроль системы. Также именно ЦП выполняет арифметические и логические операции, считанные из машинного кода.

Микропроцессор в более широком смысле решает несколько ключевых задач. Он нужен для передачи данных между оперативной памятью и другими компонентами персонального компьютера. Так же с помощью CPU синхронизируется информация между внутренними и внешними накопителями, обеспечивается бесперебойная многопоточная и многопрограммная работа системы, выполняется дешифрация машинного кода. Даже без знания этой специфики уже становится понятно, что ЦП — это самый главный элемент любого компьютера.

Примечательно, что с момента своего возникновения и до нынешних времен микропроцессоры выполняют в целом одинаковые задачи. Несмотря на то, что производительность современных схем в тысячи раз превосходит скорость работы первых моделей, основные цели использования данных элементов в компьютерах остались прежними.

Устройство микропроцессора

Далее рассмотрим состав стандартного модуля ЦП.

• Арифметико-логическое устройство. Необходимо для выполнения всех арифметических и логических операций над данными соответствующих типов.
• Устройство управления. Координирует взаимодействие разных компонентов ПК.
• Блок памяти микропроцессорного модуля. Требуется для краткосрочного хранения, записи и передачи данных, которые в свою очередь используются при компьютерных тактовых вычислениях. Эта временная память имеет структуру регистров, что позволяет обеспечивать необходимое быстродействие компьютера. Главный модуль основной памяти справиться с такой задачей зачастую не может.
• Интерфейс микропроцессора. Обеспечивает обмен информацией с другими модулями ПК.

Последний компонент в свою очередь состоит из следующих частей:

• узел внутреннего интерфейса ЦП;
• набор буферных запоминающих регистров.

Также существует устройство управления системной шиной и портами ввода-вывода. Под последними тут понимается механизм сопряжения, обеспечивающий другим устройствам возможность подключаться к микропроцессору.

К микропроцессорному модулю и системной шине можно подключать не только стандартные внешние модули, но и дополнительные платы расширения с интегральными микросхемами. Это позволяет улучшить функционал всего микропроцессорного модуля. В частности, доступно подключение математического сопроцессора, контроллеров прерываний и прямого доступа к памяти, сопроцессора оптимизации ввода-вывода и т. д.

Рассмотрим функции некоторых подключаемых компонентов.

Математический сопроцессор ускоряет выполнение операций над бинарными числами с плавающей точкой, а также над десятичными числами, переведенными в двоичную форму. Также решаются тригонометрические функции. Данный сопроцессор обладает собственной системой команд и способен работать параллельно основному микропроцессорному модулю под управлением последнего. Как результат, многократно увеличивается быстродействие ЦП. По этой причине многие современные процессоры уже содержат встроенный математический сопроцессор.

Параметры микропроцессоров

Центральный процессор подобно любой электронной плате обладает несколькими параметрами. Ниже приведем важнейшие из них.

• Максимальная частота микропроцессора и стабильность синхронизации.
• Номинальные значения источников питания, а также требования к их стабильности. Ради сокращения тепловыделения схем производители стремятся уменьшать напряжение питания. При этом повышается частота работы процессора. Если ранее требовалось напряжение в районе 15 Вольт, то теперь некоторым схемам достаточно менее 1 Вольта.
• Мощность потерь (рассеяния) на выходе схемы. Эта мощность преобразуется в тепло, которое нагревает транзисторы выходного каскада. По данному параметру можно определить степень тепловыделения БИС, определяющую требования к конструктивному исполнению всего микропроцессорного блока. Особую важность эта характеристика имеет во встраиваемых системах.
• Уровни сигналов логических нуля и единицы. Определяются номиналами источника питания.
• Тип корпуса ЦП. Разрабатывается под конкретные условия эксплуатации. По этой характеристике также можно определить совместимость схемы при замене БИС.
• Рабочая температура окружающей среды. Существуют коммерческий и расширенный температурные диапазоны. В первом случае принимаются значения от 0 до +70 градусов Цельсия, во втором — от -40 до +85 градусов Цельсия.
• Помехоустойчивость. Характеризует способность ЦП исправно функционировать в условиях создаваемых помех. В качестве параметра оценки используется интенсивность помех, приводящих к нарушению функций в допустимых пределах. Таким образом, чем выше показатель помехоустойчивости, тем сильнее помехи, в условиях которых схема будет продолжать работать.
• Коэффициент разветвления по выходу. Определяет нагрузочную способность схемы и вычисляется как количество подобных схем, каждую из которых можно подключить к выходу данной схемы, не нарушив тем самым ее работоспособность. С увеличением этого коэффициента расширяются логические способности процессора и одновременно снижается число микросхем, требуемых для создания сложного вычислительного устройства. Однако при этом также снижаются показатели помехоустойчивости и быстродействия ЦП.
• Надежность схемы. Иными словами, это способность процессора функционировать на заложенном уровне качества при определенных условиях и в течение определенного времени. При производстве микропроцессоров, как правило, задается такой параметр, как интенсивность отказов либо средний период наработки на отказ. Но производители современных крупных интегральных схем данный показатель чаще всего не указывают. Лишь по другим характеристикам процессора можно косвенно оценить этот параметр. Например, используют паспортное значение надежности всего изделия.
• Параметры технологического процесса. Главной характеристикой здесь является разрешающая способность процесса. Номинальное значение в современных схемах составляет 5 нм.

Виды микропроцессоров

RISC

Данную аббревиатуру можно расшифровать как «компьютер с сокращенным набором команд». Время выполнения последних сокращается благодаря их упрощенному набору. В RISC-процессорах каждая инструкция направлена на выполнение какого-либо результата лишь в течение одного такта. При этом увеличивается объем кода и, как следствие, несколько снижается быстродействие компьютера. В итоге под хранение инструкции необходимо выделять больший объем оперативной памяти. Для преобразования языка высокого уровня в машинный код компилятор также выполняет больше действий.

Перечислим характерные особенности RISC-архитектуры:

• простые инструкции;
• поддержка нескольких типов данных;
• использование простых режимов адресации, а также инструкций определенной длины для конвейерной обработки;
• поддержка регистра для использования в любом контексте;
• быстрое выполнение одного цикла;
• использование инструкций «LOAD» и «STORE» для доступа к ячейкам памяти;
• увеличенное число регистров;
• уменьшенное количество транзисторов.

CISC

В аббревиатуре зашифровано название «комплексная компьютерная инструкция». Процессоры данной архитектуры разрабатывались с целью минимизировать количество инструкций для одной программы и обеспечить построение сложных инструкций непосредственно аппаратными средствами.

На долю компилятора остается небольшая часть работы, заключающаяся в компиляции языка высокого уровня в машинный код. Инструкции при этом могут храниться в достаточно малом объеме оперативной памяти.

Данный тип микропроцессоров, как уже говорилось, предназначен для снижения стоимости памяти, ведь тяжелые программы требуют больше места в ячейках этой памяти, что приводит к ее «удорожанию». В качестве решения проблемы реализовано уменьшение количества команд на одну программу путем вмещения нескольких операций в одну инструкцию.

Вот основные характеристики архитектуры CISC:

• большой выбор режимов адресации
• множество инструкций;
• изменяемая длина форматов команд;
• необходимость в нескольких циклах для выполнения одной инструкции;
• сложность декодирования инструкций;
• достаточность лишь одной инструкции для поддержки нескольких режимов адресации.

Историческая справка:

Intel 4004 – первый в мире микропроцессор

Первый микропроцессор появился в 1971 году. Эту разработку изобрели в компании Intel, созданной инженерами Гордоном Муром, Робертом Нойсом, Эндрю Гроувом. Уже через год после создания в компанию поступил заказ на создание микросхем для калькуляторов.

Изначально их дизайн был предложен заказчиком. Однако архитектура не понравилась инженерам Intel. Тогда сотрудник Intel Тед Хофф предложил новое решение, уменьшив количество микросхем до 4. Этого удалось добиться благодаря применению центрального процессора, который отвечал за логические и математические функции.

Кроме этого компонента, в архитектуру микросхем входила оперативная память, которая использовалась для хранения информации, и ПЗУ для программного обеспечения.

В апреле 1970 года в команду Intel попал Федерико Фаджин. До этого момента итальянский физик работал в Fairchild и имел большой опыт работы в сфере логического проектирования компьютеров. Благодаря усилиям ученого инженеры Intel смогли соединить микросхемы в общий чип. Так был создан первый микропроцессор 4004.