ниверсальные микропроцессоры и их основные характеристики.
Posted in Uncategorized By pulchrum On Апрель 8, 2012
Универсальные микропроцессоры предназначены для решения задач цифровой обработки различного типа информации от инженерных расчетов до работы с базами данных, не связанных жесткими ограничениями навремя выполнения задания. Этот класс микропроцессоров наиболее широко известен. К нему относятся такие известные микропроцессоры, как МП ряда Pentium фирмы Intel и МП семейства Athlon фирмы AMD.
Характеристики универсальных микропроцессоров:
разрядность: определяется максимальной разрядностью целочисленных данных, обрабатываемых за 1 такт, то есть фактически разрядностью арифметико-логического устройства (АЛУ);
виды и форматы обрабатываемых данных;
система команд, режимы адресации операндов;
емкость прямо адресуемой оперативной памяти: определяется разрядностью шины адреса;
частота внешней синхронизации. Для частоты синхронизации обычно указывается ее максимально возможное значение, при котором гарантируется работоспособность схемы. Для функционально сложных схем, к которым относятся и микропроцессоры, иногда указывают также минимально возможную частоту синхронизации. Уменьшение частоты ниже этого предела может привести к отказу схемы. В то же время в тех применениях МП, где не требуется высокое быстродействие, снижение частоты синхронизации — одно из направлений энергосбережения. В ряде современных микропроцессоров при уменьшении частоты он переходит в < спящий режим>, при котором сохраняет свое состояние. Частота синхронизации в рамках одной архитектуры позволяет сравнить производительность микропроцессоров. Но разные архитектурные решения влияют на производительность гораздо больше, чем частота;
производительность: определяется с помощью специальных тестов, при этом совокупность тестов подбирается таким образом, чтобы они по возможности покрывали различные характеристики микроархитектуры процессоров, влияющие на производительность.
Рассмотрение
архитектуры IA-32 начнем с микропроцессора
i486. В нем впервые появились те блоки,
которых не было на кристалле первого
32-разрядного микропроцессора i386, —
кэш-память и процессор обработки чисел
с плавающей точкой. Именно его архитектуру
можно рассматривать как базовую для
IA-32. Структура микропроцессора i486
представлена на рис.
Процессор
обработки чисел с фиксированной
точкой содержит
32-разрядное АЛУ и блок регистров
общего назначения. АЛУ
предназначено для обработки двоичных
чисел длиной 1, 2 или 4 байта без знака
или со знаком, а также двоично-десятичных
чисел, не превышающих 99. Двоичные числа
со знаком представляются в дополнительном
коде. Блок регистров общего назначения
содержит восемь 32-разрядных регистров,
часть из которых допускает 16- и 8-разрядное
обращение.
Процессор
обработки чисел с плавающей точкой состоит
из 80-разрядного АЛУ, блока из восьми
80-разрядных регистров общего назначения,
а также управляющих регистров. Главным
образом он предназначен для
обработки чисел с плавающей точкой,
но также используется для обработки
целых чисел со знаком длиной 8 бай
About Author
,
Большинство свойств материнской платы определяются чипсетом, на основ которого построена материнская плата. Чипсет это набор системной логики, управляющий всеми компонентами, интегрированными в системную плату или установленными на нее. Устройства, за взаимодействие которых отвечает чипсет, это прежде всего, процессор, системная память, порты ввода-вывода, карты расширения, контроллеры жестких дисков.
Функционально чипсет разделен на две части – Северный и Южный мосты. Названы они так из-за своего размещения на материнской плате – северный мост расположен на верху платы (север на географической карте), а южный – внизу.
Транслятор (англ. translator — переводчик) — это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд
Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются
Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком , делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется
Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой
После того, как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор более не нужны . В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы
Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять
Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию — в зависимости от того, для каких целей он создавался. Например, Паскаль обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ. Поэтому данный язык обычно реализуется с помощью компилятора
С другой стороны, Бейсик создавался как язык для начинающих программистов, для которых построчное выполнение программы имеет неоспоримые преимущества
Иногда для одного языка имеется и компилятор , и интерпретатор . В этом случае для разработки и тестирования программы можно воспользоваться интерпретатором, а затем откомпилировать отлаженную программу, чтобы повысить скорость ее выполнения
Северный мост отвечает за работу и взаимодействие процессора, системной памяти, порта AGP и за связь с южным мостом. Южный мост – за все остальное (порты ввода-вывода, АС97 контроллер, контроллеры IDE, SATA, шины PCI и т. д.). Таким образом, за выбор платформы (тип процессора, памяти и поддерживаемые режимы AGP видеоадаптера) отвечает северный мост, а за функциональные возможности – южный.
Северный мост определяет тип шины и частоты поддерживаемых процессоров, типы поддерживаемой памяти, количество банков памяти и возможность чередования их, максимальный объем и временные характеристики обмена данными системной памяти, спецификации и режимы порта AGP.
С ростом объемов данных, поставляемых периферийными устройствами, все более важное значение приобретает пропускная способность шины, связывающей северный и южный мосты. Поэтому современные чипсеты используют более производительные шины, чем еще недавно считавшаяся стандартной PCI.
,
Карточка 2
1.Интерпретация - текущий ( синхронный) перевод, при котором каждая команда входного языка перезолится на машинный язык и сразу же выполняется до того, как будет переведена следующая команда ( рис. VIII. Интерпретация отличается от трансляции принципиально тем, что в процессе трансляции результатпреобразования исходной программы фиксируется в памяти в качестве рабочей программы и выводится на перфоленту или перфокарты для многократного использования, а в процессе интерпретации исходной программы результаты ее преобразования фиксируются в памяти по частям не дольше, чем это требуется для их текущего использования. [6]
2. Специализированный микропроцессор рассчитан на узкое применение, решение конкретной задачи и оптимизирован по определенному параметру. Например, матричный перемножнтель ( его называют также арифметическим расширителем) решает только одну задачу - перемножение двух чисел, но выполняет эту процедуру во много раз быстрее, чем универсальный микропроцессор. [1]
Универсальные микропроцессоры с CISC-архитектурой применяются, в основном, в персональных компьютерах и серверах. Классическим примером может служить персональный компьютер фирмы IBM. Лидером в этом классе микропроцессоров является фирма INTEL, микропроцессорами которой комплектуется более 80% всех персональных компьютеров. Универсальные микропроцессоры с RISC-архитектурой, применяются, как правило, в рабочих станциях и мощных серверах. В этом классе микропроцессоров имеется несколько ведущих производителей. Этой фирмы: Sun Microsystems (семейство процессоров SPARC); MIPS Computer Systems (семейство микропроцессоров Rx000); IBM, Motorola и Apple Computers (совместная разработка – семейство PowerPC). ,
В классе специализированных микропроцессоров в настоящее время наиболее широко представлены DSP – процессоры для цифровой обработки аналоговых сигналов, основными производителями котрорых являются фирмы Texas Instruments, Analog Devices, Motorola, NEC. Кроме DSP выпускаются также микропроцессоры, специализированные для передачи информации в системах телекоммуникации – коммуникационные контроллеры, для обработки графической информации и ряда других применений.
3. BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода/вывода) - это программа, которая выполняет первоначальный запуск персонального компьютера, настройку оборудования и поддержку функций ввода/вывода. Если говорить понятными словами, работа BIOS заключается в обеспечении начальной загрузки компьютера с последующим запуском операционной системы, а также в хранении аппаратной конфигурации компьютера. Изменением настроек БИОС можно управлять работой компонентов компьютера.
При включении компьютера, многие системные события происходят автоматически.
Первым делом центральный процессор активизируется и считывает х86-инструкции из чипа BIOS. Данные инструкции запускают последовательности тестирований, которые сокращённо называют POST.
В частности, BIOS начинает проверять работоспособность системных устройств:
инициализирует системные ресурсы и регистры чипсетов; систему управления электропитанием; тестирует оперативную память (RAM); включает клавиатуру; тестирует параллельные и последовательные порты; инициализирует дисководы и контроллеры жестких дисков; отображает итоговую системную информацию; в процессе этих тест-последовательностей (POST) BIOS сравнивает данные системной конфигурации с информацией, хранящейся в CMOS – специальном чипе, расположенном на системной плате. CMOS – чип обновляет информацию, в нем хранящуюся, всякий раз, когда устанавливается какой-либо новый компонент компьютера. Таким образом, он всегда содержит самые последние сведения о системных компонентах. После того как все POST-задания завершены, BIOS приступает к поиску программы загрузки операционной системы и ждёт ответа от неё. (Современные BIOS позволяют загружать операционную систему не только с FDD(флоппи диск) и HDD(жесткий диск), но и с привода CD-ROM, ZIP, LS-120). Когда ответ получен, программа помещается в память, откуда происходит загрузка системной конфигурации и драйверов устройств. |
Карточка 3
Микроконтроллер - компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой.
В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера. Отличие в том ,что унивесальный МП предназначен для решения конкретной задачи
CMOS — это всего лишь статическая оперативная память небольшого объема с низким энергопотреблением. Первые CMOS-микросхемы имели объем в 64 байта, у следующего поколения объем возрос вдвое—до 128 байт. Современные модели имеют 512 байт памяти и более, которая используется для хранения настроечных параметров компьютера и дополнительных конфигурационных данных ESCD (Extended System Configuration Data), используемых для работы системы РпР. В данной книге рассматривается базовая 128-байтная память CMOS. Поскольку оперативная память теряет записанную в нее информацию при отключении питания, в состав компьютера входит батарейка, которая обеспечивает постоянное питание микросхемы CMOS (и системных часов). Именно эта батарея обеспечивает функционирование системных часов, а также сохранение системных параметров в периоды отключения питания компьютера. Конечно, если эта батарея выйдет из строя, то дата, время и системные параметры компьютера будут потеряны. И восстановить корректные настройки компьютера после такого сбоя может быть достаточно непросто, особенно у старых моделей PC.
В настоящее время практически все программы CMOS Setup имеют пункт «BIOS Default*, который загружает набор параметров, достаточный для нормального запуска компьютера. Использование подобного режима существенно сокращает восстановление системы при потере содержимого памяти CMOS.
Карточка 4
2. 16 мбайт
3.Сам порт IrDA основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта ПК, который использует универсальный асинхронный приемо-передатчик UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) и работает со скоростью передачи данных 2400–115200 bps.
Связь в IrDA полудуплексная, т.к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает соседний PIN-диодный усилитель приемника. Воздушный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент.
Физические основы IrDa
Карточка 7
1.
0
+
-
Иногда мы слышим выражение “Закон Мура”. Что такое закон Мура? Гордон Мур вместе с Робертом Нойсом в 1968 основали корпорацию Intel, которая сегодня является ведущим мировым производителем микропроцессорных элементов. А первые интегральные схемы появились в далёком 1959 году. В 1965 году Гордон Мур высказал мнение, что число транзисторов, используемых на одном кристалле интегральной микросхемы, будет увеличиваться вдвое каждые два года. Мур пришёл к такому мнению, выявив закономерность о том, что новые модели интегральных микросхем памяти разрабатывались примерно каждые 2 года, а их ёмкость при этом возрастала в два раза. При сохранении такой тенденции мощность устройств вычислительной техники должна экспоненциально возрастать за сравнительно короткие промежутки времени. Вот это предположение и называется «Закон Мура». Кроме развития микропроцессоров, существуют и другие процессы, развивающиеся по экспоненциальному закону, такие процессы тоже называются «Законами Мура». В 1998 году Юджином Мейераном был введён «Второй Закон Мура», характеризующий стоимость заводов, производящих микросхемы. В соответствии с этим законом при увеличении сложности выпускаемых микросхем, стоимость заводов, производящих их, возрастает также экспоненциально. Существует образное сравнение «Закона Мура», изложенное Хиллом и Хоровицей в книге «Искусство схемотехники». В соответствии с эитм сравнением, если бы самолёт Боинг-747 развивался бы с такой же скоростью, с какой развиваются интегральные микросхемы, он мог бы облететь земной шар 40 раз без дозаправок. Однако, как и любое другое, развитие интегральных схем имеет свой предел. В 2007 году Гордон Мур высказал предположение, что из-за ограничения скорости света и атомарной природы вещества закон, возможно, в скором времени перестанет работать. Однако, на сегодняшний день, на протяжении более, чем 40 лет, закон Мура продолж Дисковый массив повышенной производительности без отказоустойчивости Striped Disk Array without Fault Tolerance
Массив RAID 0 наиболее производительный и наименее защищенный из всех RAID-ов. Данные разбиваются на блоки пропорционально количеству дисков, что приводит к более высокой пропускной способности. Высокая производительность данной структуры обеспечивается параллельной записью и отсутствием избыточного копирования. Отказ любого диска в массиве приводит к потере всех данных. Этот уровень называется striping. Преимущества: - · наивысшая производительность для приложений требующих интенсивной обработки запросов ввода/вывода и данных большого объема; - · простота реализации; - · низкая стоимость на единицу объема. Недостатки: - · не отказоустойчивое решение; - · отказ одного диска влечет за собой потерю всех данных массива.
ает действовать. Вот, что такое «Закон Мура» - по сути это закон развития интегральной микропроцессорной схемотехники.
В данное время действует
4. Массивы RAID позволяют работать с несколькими физическими накопителями как с единым устройством. Для чего? Что бы повысить надежность хранения данных, а также увеличить скорость работы дисковой подсистемы. Обе эти задачи решают RAID-массивы нескольких типов:
RAID 0 (Stripe) — несколько физических дисков (минимум — 2) объединяются в один «виртуальный» диск, обеспечивающий максимальную производительность (за счет рассредоточения данных по всем дискам массива) дисковых операций, но надежность хранения данных при этом не превышает надежности отдельного диска;
Типы RAID-массивов
Аппаратный — когда всю работу с массивом берёт на себя микросхема, имеющая свой процессор, избавляя от нагрузки главный процессор сервера.
Программный — напротив, всё выполняет главный процессор с помощью специальных программных средств ОС. Этот вариант выгоднее экономически, так как не нужно покупать отдельную RAID-карту, но заметно может нагрузить CPU.
Уровни RAID-массивов.
Уровнем здесь называется метод организации хранения данных. Их достаточно много, но я рассмотрю лишь основные.
RAID-0 (Striped Disk Array without Fault Tolerance)
Его так же называют STRIPE (Страйп). 2 и более физических дисков объединяются в один логический с целью объединения места. Допустим, объединяем в RAID-0 4 диска по 250 Gb каждый, на выходе получим один логический в 1 Tb ёмкостью. Простая арифметика.
Данные записываются на диски небольшими порциями (страйпами) поочерёдно на каждый из дисков, как видно на диаграмме.
Особенности RAID-0:
«плюсы»: простота в реализации, высокая производительность;
«минусы»: отсутствие отказоустойчивости. При использовании этого уровня отказ одного из дисков приведёт к невозможности чтения данных. Надёжность снижена в N раз, где N — количество дисков.
RAID-1 (Mirroring & Duplexing)
Иначе говоря, Mirror (Зеркало). В этом случае 2 или более физических дисков объединяются в логический с целью повышения отказоустойчивости. Информация дублируется на каждый диск и в случае выхода из строя одного из них можно продолжать работу с остальными.
Особенности RAID-1:
«плюсы»: высокая скорость чтения/записи, простота реализации;
«минусы»: высокая избыточность. Например, имея два диска в 500 Gb мы создадим зеркальный RAID-1, и ёмкость логического диска будет так же 500 Gb. Получается, что один диск мы просто «теряем».
RAID-5 (Independent Data Disks with Distributed Parity Blocks)
А это, пожалуй, самый популярный вид RAID-массива, в связи с экономичностью использования носителей данных. Блоки данных и проверочные суммы циклически пишутся на все диски массива. Если один диск выходит из строя, конечно снизится производительность, но данные не пропадут.
Под проверочными суммами подразумевается результат операции XOR.
Check 1 = Data 1 XOR Data 2 XOR Data 3 XOR Data 4.
В случае порчи, например, диска 3 получить Data 3 можно так:
Data 3 = Data 1 XOR Data 2 XOR Check 1 XOR Data 4.
Особенности RAID-5:
«плюсы»: экономичное использование носителей (объем логического диска будет вычисляться по формуле: (N−1)·SIZE, где N — количество дисков, а SIZE — объем. Также хорошая производительность;
«минусы»: довольно сложная реализация и процедура восстановления данных.
RAID 1+0 (Very High Reliability with High Perfomance).
Делается один RAID-1, второй RAID-1, и эти массивы объединяются в RAID-0.
В такую систему можно объединить только чётное количество дисков, от 4 до 16.
Особенности RAID-1+0:
«плюсы»: высокая отказоустойчивость и производительность;
«минус»: высокая стоимость.
RAID 5+0 (High I/O Rates & Data Transfer Perfomance)
Аналогично предыдущему. Берутся 2 RAID-5 и объединяются в RAID-0:
из «плюсов» тут высокая отказоустойчивость и скорость работы.
«минус» — стоимость.
Важно запомнить, что у каждого из уровня RAID есть свои преимущества и недостатки.
Но не стоит всецело полагаться на RAID-массив. Он поможет если с диском возникнут неполадки, но если вы по ошибке удалите нужный файл или вирус удалит все данные, массив вам не поможет.
Карт 8
2. Персональный компьютер, ПК (англ. personal computer, PC), ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем. К ПК условно можно отнести также и любой другой компьютер, используемый конкретным человеком в качестве своего личного компьютера. Подавляющее большинство людей используют в качестве ПК настольные и различные переносные компьютеры.