Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
інст карт арх мікропроц.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
9.61 Mб
Скачать

3

Інструкційна картка № з дисципліни «Архітектура комп’ютерів»

1.Тема:

2.Робоче місце: лабораторiя комп'ютеризації c/г виробництва (аудиторiя № 402 )

3. Мета роботи: Дослідити основні характеристики мікропроцесорів (МП). Вивчити основні компоненти та характеристики від яких залежить продуктивність МП.

4.Матеріально – технічне оснащення робочого місця:персональні комп’ютери, інструкційні картки , тестовий пакет RightMark MemoryAnalyzer;комп'ютер;зразки мікропроцесорів.

5.Правила з охорони праці на робочому місці: інструкція №1, інструкція № 2 з охорони праці на практичному занятті з інформатики та комп’ютерної техніки, інструкція № 2 А-ОП з питань пожежної безбеки,затвердженої директором ВСП «Василівський коледж ТДАТУ»Боєвою Т.С. від 25.01.10р.; інструкція № 37- ОП з охорони праці з електробезпеки для робітників і службовців,студентів коледжу, затвердженої директором ВСП «Василівський коледж ТДАТУ»Боєвою Т.С. від 10.02.10р.; інструкція № 30- про надання першої долікарської допомоги при нещасних випадках, затвердженої директором ВСП «Василівський коледж ТДАТУ»Боєвою Т.С. від 26.05.09р.

6.Питання вхідного контролю

1) Які дії виконує мікропроцесор?

2) Від чого залежить швидкодія мікропроцесора?

3) Що таке кеш-пам'ять, види кеш-пам'яті?

4) Які переваги при зменшенні напруги живлення МП?

5) Що таке співпроцесор, функції співпроцесора?

Теоретичні відомості.

Типи та специфікації МП.

МП виконує обчислення та обробку даних (крім деяких математичних операцій, які

виконує співпроцесор). У всіх РС-сумісних комп’ютерах використовуються МП які підтримують сімейство мікросхем Intel (також МП випускаються компаніями AMD, Cyrix, IDT, Rise Technologies.

Перший МП Intel 4004 (1971р.) частота – 108 кГц, 2 300 транзисторів, 10мкм технологія.

1972р. – МП 8008 частота 200 кГц, 3 500 транзисторів. 1974р. – МП 8080 перший ПК Altair

8800. 1975р. випуск МП Z-80 (Zilog).

1976р. МП 8085 частота 5МГц, 6 500 транзисторів, 3мкм технологія. 1976р. компанія MOS Technologies МП 6502 абсолютно відмінний від процесорів Intel та значно дешевший на його базі побудовані перші ПК Apple та ігрові приставки Nintendo. Пізніше цей МП розвивався до МП PowerPC, який використовується у ПК Apple Macintosh.

1978р. МП 8086 з робочою частотою 5МГц, 29 000 транзисторів.

У зв’язку з високою ціною мікросхем підтримки 16 розрядного МП 8086 Intel випускає у

1979 МП 8088, який мав зовнішню 8 розрядну шину даних. МП 8088 був повністю програмно сумісним з МП8086, що дозволяло використовувати 16 розрядне програмне забезпечення, також можна було використовувати програмне забезпечення попередніх процесорів.

Швидкодія МП.

Швидкодія МП залежить від тактової частоти, на кожну операцію МП витрачається один такт. Відмінності часу виконання команд різними МП:

• 8086, 8088 на виконання одної команди витрачається 12 тактів;

• 286, 386 до 4,5 тактів

• 486 до 2 тактів

• Серія Pentium, К6 – 1 такт

• МП Pentium Pro та вище виконують 3 команди за один такт

МП з різними внутрішніми архітектурами по різному виконують одні і ті самі команди.

Для порівняння ефективності МП були розроблені спеціальні тести такі як індекс iCOMP.

Тактова частота МП та маркування тактової частоти системної плати.

До 1998р. всі системні плати працювали на частоті 66 МГц, потім були розроблені мікросхеми системної логіки, що працювали на частоті 100 МГц. В 1999р. з’являються плати з частотою 133 МГц, що підтримували процесори Pentium III. Компанія AMD випускає системні плати Athlon та набір ІМС з частотою 100 МГц, які використовували технологію подвійної передачі даних, це дозволило збільшити швидкість передачі даних до 200МГц. У 2001р.швидкодія шин МП AMD Athlon та Intel Itanium стає 266 МГц, а шини МП Pentium 4 – 400МГц.

Тактові частоти деяких МП та системних плат

Тип МП

Швидкодія

МГц

Множник тактової частоти МП

Тактова частота системної плати, МГц

Pentium

150

2,5х

60

Celeron

766

11.5x

66

Pentium III/Xeon

855

8.5x

100

Pentium III/Xeon

1333

10x

133

Pentium 4

2100

5.25x

400

Itanium

800

3x

266

Визначаючим фактором швидкодії МП є архітектура МП, конструкція та елементна база оперативної пам’яті.

Під час виготовлення МП проводиться тестування при різних тактових частотах,

значеннях температури та тиску, після цього наноситься маркування, практично всі типи МП мають технологічний запас безпечного збільшення частоти системної шини. Один із способів «розгону» МП це збільшення на 10-20% частоти системної шини, другий спосіб це збільшення напруги живлення МП, якщо є можливість збільшення напруги живлення МП на системній платі – десяті долі вольта.

Внутрішні регістри МП.

Кількість біт даних які може обробляти МП за один такт характеризується розрядністю

внутрішніх регістрів. Якщо розрядність внутрішніх регістрів більша за розрядність зовнішньої шини даних то для їх завантаження необхідно декілька циклів зчитування. У МП Pentium шина даних має 64 розряди а внутрішні регістри 32 розряди та виконують 32 розрядні команди, але у МП використовуються два 32 розрядних паралельних конвейера. Архітектура МП з декількома конвейерами називається суперскалярною.

Сучасні МП шостого покоління Pentium ІІ/ІІІ мають 6 внутрішніх конвейерів для

виконання команд, хоча деякі з них є спеціалізованими, ці МП можуть виконувати три команди за один такт. У МП 7 покоління Itanium використовуються 10 сходинкові паралельні конвейери, котрі виконують до 20 операцій за один такт.

Розрядність шини адреси визначає максимальний об’єм пам’яті, яка адресується МП.

Обєм памяті, яка адресується М

П

Тип МП

Розрядність шини адреси

Об’єм пам’яті

8088/8086

20

1 Мбайт

286/386SX

24

16 Мбайт

386DX/486/ Клас Р5

32

4 Гбайт

Клас Р6, Р7

36

64 Гбайт

Itanium

44

16 Тбайт

Pentium, AMD K6 – P5

Pentium Pro/II/III/Celeron, AMD Athlon/Duron – P6

Pentium 4 – P7

Itaniun – P8

Кеш память першого рівня.

У всіх МП починаючі з 486 – го, є вбудований (першого рівня) кеш-контроллер з кеш-

пам’яттю об’ємом 8 Кбайт в МП 486DX. Кеш – це швидкодіюча пам’ять призначена для

тимчасового зберігання програмного коду і даних. Звернення до кеш-пам’яті відбуваються без станів очікування, так як кеш-пам’ять першого рівня працює на частоті МП.

Кеш-пам’ять працює так: кеш – контролер заповнює кеш-пам’ять програмним кодом або даними, якщо ці данні підходять для МП, то відбувається обмін даними на частоті МП, якщо

дані відсутні у кеші (промах кеша) то МП чекає на інформацію з оперативної пам’яті час доступу до якої повільніше в 8 та більше разів. Кеш-пам’ять першого рівня для більшості МП

Intel має коефіцієнт співпадіння приблизно 90%.

Кеш-память другого рівня.

Для зменшення затримки системи, під час промахів кеша, використовується кеш-пам’ять

другого рівня. Коефіцієнт співпадіння кеш-пам’яті другого рівня 90%. У системах класу Р5 кеш-пам’ять другого рівня встановлюється на системній платі. МП Pentium II кеш-пам’ять встановлювалась на монтажній платі разом з МП, це об’єднувалось у так званий картридж.

Суттєвою проблемою є швидкодія мікросхем кеш-пам’яті, наприклад швидкість

мікросхем у 3 нс еквівалентна тактовій частоті у 333 МГц, але МП працюють на більшій частоті, тому кеш-пам’ять може працювати на частині частоти роботи МП.

Якісний стрибок в технології відбувся з появою МП Celeron 300A, у якому кеш-пам’ять інтегрована у ядро МП, та працює з повною тактовою частотою МП.

Напруга живлення процесора.

Переваги при зменшенні напруги живлення: зниження споживання потужності;

зменшення кількості тепла; МП можна розміщувати блищи до інших систем (збільшується

густина системи); Збільшується тактова частота МП. Спочатку живлення МП було рівним 5В,

потім знижено до 3,5 та 3,3В.

Якщо один і той самий рівень напруги живлення використовується МП та його зовнішньою шиною і сигналами схем вводу – виводу то такий рівень називається уніфікованим. Якщо для МП використовується інший рівень напруги живлення то це називається технологією зменшення напруги (Voltage Reduction Technology – VRT). Допустимі відхилення складають 5% номінальної напруги. Сучасні МП автоматично встановлюють величину напруги живлення через контакти Voltage ID(VID), керуючі вбудованим у системну плату перетворювачем напруги.

Співпроцесори.

Починаючі з МП 486 на одному кристалі з МП розміщений співпроцесор. Співпроцесори

виконують такі операції як ділення довгих операндів, обчислення тригонометричних функцій, квадратного кореня та знаходження логарифмів в 10 – 100 разів швидше основного МП. Точність результатів при цьому значно вища. Такі операції як додавання, віднімання та множення виконуються основним МП. Система команд співпроцесора відрізняється від системи команд МП. Програма повинна визначати наявність співпроцесора та використовувати написані для нього інструкції.

Можливості модифікації МП.

Всі МП можуть мати дефекти розробки або помилки. Починаючі з процесорів Р6 у МП є можливість зміни мікропрограми у МП. У МП є вбудована мікропрограма з можливістю

перепрограмування, завдяки який можна уникнути деякі типи помилок, модифікуючи мікропрограми. Модифікації мікропрограм постійно знаходяться у ROM BIOS та

завантажуються у МП під час виконання тесту. Програма модифікації поставляється зі всіма боксованими МП (boxed processors), які призначені для зборки систем. Рекомендується

запускати програму модифікації МП після поновлення BIOS системної плати та перед

встановленням операційної системи, при цьому необхідно перемикачі на системні платі встановити у положення “enable flash upgrade”, що дозволить поновити флеш-пам’ять. Після виконання програми необхідно вимкнути живлення та виключити перемикачі.

Підготовка до виконання роботи

1 Ознайомитись з інструкцією.

2 Опрацювати теоретичний матеріал.

3 Усно дати відповіді на контрольні запитання вхідного контролю.

4 Продумати методику виконання роботи.

5 Підготувати бланк звіту.

Порядок виконання роботи

За допомогою тестового пакета RightMark Memory Analyzer дослідити основні характеристики МП.

1. Ідентифікація тестової платформи

Cкористаємось програмним тестовим пакетом RightMark Memory Analyzer.

сигнату

Ядро процесора

Тип процесора

Рисунок 1. – Інформація про процесор