3 Логическая структура системного блока. Микропроцессоры

Микропроцессор (central processing unit) - устройство обработки информации с программным управлением, которое реализуется одной или несколькими большими интегральными схемами (БИС) и выполняет ряд функций:

-вычисление адресов команд и операндов;

-выборку и дешифрацию команд и данных из основной памяти, регистров микропроцессорной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

-прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

-обработку данных и их запись в основную память, регистры микропроцессорной памяти и регистры адаптеров внешних устройств;

-выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

Основными параметрами микропроцессоров являются: разрядность шин данных и адреса; тактовая частота; размер кэш-памяти; перечень используемых инструкций; конструктив; рабочее напряжение и т. д.

Разрядностью шины данных микропроцессора называют определенное число разрядов, с которыми параллельно выполняются операции. Разрядность шины адреса микропроцессора определяет количество адресуемых ячеек в основной памяти (адресное пространство).

Тактовая частота важная характеристики микропроцессора определяющая его быстродействие, т.к. любая команда имеет определенное время выполнения (количество тактов).

Кэш-память, устанавливается на плате микропроцессора и состоит из:

-L1 (память 1-го уровня), находится внутри ядра и работает на его частоте (впервые использовалась у микропроцессоров 486, 386 SLC);

-L2 (память 2-го уровня), размещается на плате микропроцессора и связана с ядром внутренней микропроцессорной шиной, работает на полной или половинной его частоте (впервые использовалась в МП Pentium II).

Перечень используемых инструкций – состав и тип команд исполняемых микропроцессором в автоматическом режиме. Состав и тип команд определяют процедуры, которые выполняются над данными. В некоторых микропроцессорах используются дополнительные инструкции.

Конструктив определяет физические параметры разъемов для установки микропроцессора на материнскую плату. Разъемы отличаются количеством контактов, конструкцией (Slot - щелевой разъем, Socket - разъем-гнездо) и рабочим напряжением.

Все микропроцессоры можно классифицировать по группам:

-CISC (Complex Instruction Set Command) микропроцессоры с полным набором системы команд.

-RISC (Reduced Instruction Set Command) с усеченным набором системы команд.

-VLIW (Very Length Instruction Word) сверхбольшим командным словом.

-MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и высоким быстродействием.

Микропроцессоры типа CISC. Практически все современные компьютеры типа IBM PC реализуются на микропроцессорах этого типа. Однако лидирующие позиции в этом сегменте принадлежат фирме Intel, и ее конкуренту AMD.

Рассмотрим основные особенности микропроцессоров этого типа:

- кэш память уровня L2 работает как на полной частоте процессора F, так и на половинной F/2;

-микропроцессоры типа Pentium, Pentium II, Pentium III имеют различные модификации;

-количество элементов - это число элементарных полупроводниковых компонентов, размещенных в интегральной схеме микропроцессора;

-конвейерное выполнение команд - одновременное выполнение разных последовательных команд в различных блоках микропроцессора и обмен результатами между блоками. Использование конвейера увеличивает быстродействие компьютера в несколько раз;

-возможность многозадачной работы и использование механизма защита памяти.

-поддержка кэш-памяти двух уровней;

-различные режимы работы микропроцессора.

Замечание

Существуют следующие режимы работы у микропроцессора:

-Реальный (однозадачный, Real Address Mode). В этом режиме возможно выполнение только одной программы и адресация только 1024 Кбайт основной памяти компьютера (поддерживается операционной системой DOS).

- Защищенный (многозадачный, Protected Virtual Address Mode). Обеспечивает автоматическое распределение памяти между выполняемыми программами, а также защиту их от обращений со стороны других программ. В данном режиме могут выполняться несколько программ (поддерживается операционными системами Windows, UNIX );

-Система виртуальных машин – развитие защищенного режима, при котором каждая задача выполняется под управлением своей операционной системы, то есть в одном микропроцессоре создаются как бы несколько виртуальных компьютеров, работающих параллельно с разными операционными системами;

Таблица 3 - Основные характеристики некоторых процессоров фирмы Intel

Модель МП	Разрядность дан/адр, бит	Тактовая част.,МГц	Адресуемое простр., байт	Состав команд	Число транзисторов; технология	Кэш L1 L2	Uпит; формфактор	Год выпуска
4004	4/4	0,108	4*103		2300 10 mkm			1971
8080	8/8	2,0	64*103		10000 6 mkm			1974
8086	16/16	4,77 и 8	106		70000 3 mkm			1979
8088	8, 16/16	4,77 и 8	106		70000 3 mkm			1978
80186	16/20	8 и 10	106		140000			1981
80286	16/24	8-20	16*106		180000 1,5 mkm			1982
80386	32/32	16-50	4*109	Базовый	275000 1 mkm			1985
80486	32/32	25-100	4*109	Базовый	1,2*106 1 mkm	8		1989
80586 Pentium	64/32	75-200	4*109	Базовый	3,3*106; 0,5; 0,35 mkm	8+8	5 В;Socket5	1993
Pentium Pro	64/32	150-200	4*109	Базовый	5,5*106; 0,5; 0,35 mkm	8+8	5 В;Socket8	1995
Pentium MMX	64/36	166-233	64*109	Базовый + 57(ММХ)	5*106 0,35 mkm	16+16	2, 8 В;Socket7	1997
Pentium II Katmai	64/36	233-600	64*109	ММХ+ (ММХ2)	7,5*106 0,25 mkm	16+16 512F/2	2,0 B;Slot1	1997
Pentium CeleronA Mendocino	64/32	300-800	4*109	ММХ2	19*106;0,25; 0,22 mkm	16+16 128F	2,0 B;Slot1, Socket370	1998
Pentium III Coppermine	64/36	500-1000	64*109	ММХ+70	28*106 0,18 mkm	16+16 256F	1,65 B; Slot1, Socket370	1999
Pentium Xeon	64/36	500-1000	64*109	ММХ2	30*106 0,18 mkm	16+16 256-2048F	1,65 B; Slot2	1999
Pentium 4	64/36	1000-1500	64*109	ММХ2+144	42*106 0,13 mkm	8+8 256F	1,1-1,85 B; Socket 423,478	2000