Микропроцессоры типа СISC

Микропроцессоры

· Типы микропроцессоров

· Структура микропроцессора

· Последовательность работы ПК

Типы микропроцессоров

Общая характеристика

Микропроцессор,иначе, центральный процессор – Central Processing Unit (CPU) – функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Для МП на БИС или СБИС характерны:

· простота производства (по единой технологии);

· низкая стоимость (при массовом производстве);

· малые габариты (пластина площадью несколько квадратных сантиметров или кубик со стороной несколько миллиметров);

· высокая надежность;

· малое потребление энергии.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

· чтение и дешифрация команд из основной памяти;

· чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;

· прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обсаживание ВУ;

· обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;

· выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Разрядность шины данных микропроцессоров определяет разрядность ПК в целом; разрядность шины адреса МП – его адресное пространство

.

Адресное пространство – это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 г. фирмой Intel (США) – МП 4004. В настоящее время выпускается несколько сотен различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры Intel и Intel - подобные.

Все микропроцессоры можно разделить на три группы:

· МП типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд;

· МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд;

· МП типа МISC (Minimum Instruction Set Computing) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием (в настоящее время эти модели находятся в стадии разработки).

Микропроцессоры типа СISC

Большинство современных ПК типа IBM PC (International Business Machine) используют МП типа CISC , характеристики наиболее распространенных из них приведены в таб. 1.5

Таблица 1.5 Характеристики наиболее распространенных CISC МП

Модель МП	Разрядность, бит	Тактовая частота, МГц	Адресное пространство, байт	Число команд	Число элементов	Год выпуска
данных	адреса
			4,77	4*10³
			4,77	64*10³
			4,77 и 8	10⁶
	8,16		4,77 и 8	10⁶
			8 и 10	10⁶
			10-32	4*10⁶ (виртуальное 10⁹)
			25-50	16*10⁶ (виртуальное 10⁹)
			33-100	16*10⁶ (виртуальное 10⁹)		1,2*10⁶
Pentium			50-150	4*10⁹		3,1*10⁶
Pentium Pro			66-200	4*10⁹		5,5*10⁶

Примечание:1.

У микропроцессоров МП 80386, 80486 есть модификации с буквами SX, DX, SL и др. (80486 SX, 80486 DX), отличается от базовой модели разрядностью шин, тактовой частотой, надежностью работы, габаритами, потреблением энергии, амплитудой напряжения и другими параметрами:

DX практически совпадает с базовой моделью:

SX и SL имеют, в частичности, меньшую разрядность шин;

SL и особенно SLЕ – энергосберегающие, на пользование в портативных ПК (Lap Top, Note Book).

2. Число элементов – это количество элементарных полупроводниковых элементов, размещенное в интегральной схеме МП.

Микропроцессоры 80486 DX и все последующие модели могут работать с умножением внутренней частоты. Например, у МП DX2 внутренняя частота в 2 раза, а у МП DX4 – в 3 раза выше тактовой. С увеличенной частотой работают только внутренние схемы МП, все внешние по отношению к МП схемы, в том числе расположенные и на системной плате, работают с обычной частотой.

Отметим некоторые характеристики МП:

· начиная с МП 80386 используется конвейерное выполнение команд – одновременное выполнение разных тактов последовательных команд в разных частях МП при непосредственной передаче результатов из одной части МП в другую. Конвейерное выполнение команд увеличивает эффективное быстродействие ПК в 2 – 3 раза;

· начиная с МП 80286 предусматривается возможность работы в вычислительной сети;

· начиная с МП 80286 имеется возможность многозадачной работы (многопрограммность) и сопутствующая ей защита памяти;

· начиная с МП 80386 обеспечивается поддержка режима системы виртуальных машин, т.е. такого режима многозадачной работы, при котором в одном МП моделируется как бы несколько компьюторов, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы;

· начиная с МП 80286 микропроцессоры могут работать в двух режимах: реальном (Real mode) и защищенном (Protected mode). В защищенном режиме имитируется (эмулируется) работа МП 8086, естественно, однозадачная. В защищенном режиме возможна многозадачная работа с непосредственным доступом к расширенной памяти и с защитой памяти, отведенной задачам, от посторонних обращений.

Микропроцессоры 80586 (Р5 ) более известны по их товарной марке Pentium, которая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы AMD, M1 у фирмы Cyrix и др.).

Эти микропроцессоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд, и КЭШ- буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления программ; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт. Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с.

У всех МП Pentium имеется встроенная КЭШ- память, отдельно для команд, отдельно для данных; имеются специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, значительно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой.

Микропроцессоры Pentium Pro. В сентябре 1995 г. прошли презентацию и выпущены МП 80686 (Р6), торговая марка Pentium Pro. Благодаря новым схематическим решениям они обеспечивают для ПК более высокую производительность. Часть этих новшеств может быть объединена понятием динамическое исполнение, что в первую очередь означает наличие 14-ступенной суперконвейерной структуры, предсказания ветвлений программы при условных передачах управления и исполнение команд по предполагаемому пути ветвления.

Примечание.В программах решения задач, особенно экономических, содержится большое число условных передач управления. Если процессор может заранее предсказывать направление перехода (ветвления), то производительность его работы значительно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейеров. В процессоре Pentium Pro вероятность правильного предсказания 90% против 80% Pentium .

КЭШ- память емкостью 256-512 Кбайт – обязательный атрибут высокопроизводительных систем на процессорах Pentium . Однако у них встроенная КЭШ- память имеет небольшую емкость(16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессора на материнской плате. Поэтому обмен данными с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2-3 раза ниже, что снижает общее быстродействие компьютера. В МП Pentium Pro КЭШ- память емкостью 256-512 Кбайт находится в самом процессоре.

Микропроцессоры OverDrive. Интерес представляют также недавно разработанные МП OverDrive, по существу являющиеся своеобразными сопроцессорами, обеспечивающими для МП 80486 режимы работы и эффективное быстродействие, характерные для МП Pentium. Появились OverDrive, улучшающие характеристики и микропроцессоров Pentium .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: