Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра прикладной информатики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Выполнил:. Группа Шифр

Новокузнецк 2013

Вариант 14

1.Задание №1 1.1 Микропроцессор. 1.2 Функции, состав, виды основные технические характеристики микропроцессора.

2.Задание №2 2.1 Реляционные базы данных. 2.2 Логическая структура. 2.3 Язык формирования запросов SQL.

1.Задание №1. 1.1 Микропроцессор

Процессор – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных из других регистров. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора можно управлять обработкой данных.

Для микропроцессора характерны:

1. простота производства (по единой технологии)

2. низкая стоимость

3. малые габариты (пластина, площадью несколько см или кубик со стороной несколько мм)

4. высокая надежность

5. малое потребление энергии

1.2 Функции, состав, виды основные технические характеристики микропроцессора.

Микропроцессор выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков ПК. Обычно структура микропроцессора представляет собой одну или несколько больших интегральных схем (БИС). Она может состоять из отдельных блоков (секций), а может быть размещена на одном чипе (кристалле). Секционная структура позволяет увеличить разрядность и ёмкость запоминающего устройства, однако при этом увеличивается количество блоков, что изменяет габариты, мощность и энергопотребление процессора. Однокристальный микропроцессор обладает постоянной разрядностью и выполняет набор команд, хранящихся в его памяти. Отличительной особенностью данного микропроцессора является наличие общей шины, по которой организуется прием, передача данных и осуществляется взаимодействие между внутренними блоками и внешними устройствами.

В состав микропроцессора входят:

1. устройство управления

2. арифметико-логическое устройство

3. внутренняя регистровая память

4. КЭШ – память

5. схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти

6. схемы управления системной шиной и др.

Устройство управления является функционально наиболее сложным устройством ПК. Оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во всем блоке машины

1. Устройство управления формирует управляющие сигналы для выполнения следующих процедур:

• выборки из регистра счетчика адреса операндов, команды микропроцессорной памяти, адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

• выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;

• расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

• считывание из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

• считывания из регистра команд и регистров микропроцессорной памяти отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях и формировании полных адресов операндов;

• выборки операндов (по сформированным адресам) и выполнения заданной операции обработки этих операндов;

• записи результатов операции в память;

• формирования адреса следующей команды программы.

2. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций, преобразования информации.

Функционально АЛУ состоит из 2х регистров, сумматора и схем управления (местное устройство управления). Сумматор - вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на её вход двоичных кодов. Сумматор имеет разрядность двойного машинного слова. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины: регистр1 (Pr1) имеет разрядность двойного слова, а регистр2 (Pr2) – разрядность слова. При выполнении операции в Pr1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции – результат; в Pr2 – второе число, участвующее в операции (по завершении операции информация в нем не изменяется). Регистр1 может и принимать информацию с кодовых шин данных и выдавать информацию на них, регистр2 только получает информацию с этих шин. Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора арифметико-логического устройства.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции (+ ; -; *; :) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. только над целыми числами. Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется или с привлечением математического сопроцессора, или по специально составленным программам.

3. Микропроцессорная память – память небольшой ёмкости, но чрезвычайно высокого быстродействия (время обращения к МПП, т.е. время необходимое на поиск или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами – тысячными долями микросекунды). Она предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины, участвующей в вычислениях.

Внутренняя память микропроцессора состоит из быстродействующих регистров с разрядностью не менее машинного слова. Количество и разрядность регистров в разных микропроцессорах различны: от 14 двухбайтных регистров у МП 8086 до нескольких десятков регистров разной длины у МП Pentium.

Регистры МПП делятся на регистры общего назначения и специальные. Специальные регистры применяются для хранения различных адресов, результатов выполнения операций и режимов работы ПК и др. Регистры общего назначения являются универсальными и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур.

4. Кроме внутренней регистровой памяти в микропроцессоре может быть своя встроенная КЭШ – память.

Регистровая КЭШ–память высокоскоростная память сравнительно небольшой ёмкости, являющаяся буфером между оперативной памятью и памятью микропроцессора и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. Регистры КЭШ–памяти не доступны для пользователя, отсюда и название КЭШ (Cache), в переводе с английского означает «тайник».

В КЭШ–памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении команды программы данные с небольшим опережением записываются в КЭШ–память.

По принципу записи результатов различают 2 типа КЭШ–памяти:

1. КЭШ–память «с обратной записью» - результаты операций прежде, чем их записать в оперативную память, фиксируются в КЭШ–памяти, а затем контроллер КЭШ–памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в оперативную память;

2. КЭШ–память «со сквозной записью» - результаты операций параллельно записываются и в КЭШ–память и в оперативную память.

Микропроцессоры, начиная от МП80486, имеют встроенную КЭШ–память (1-го уровня), чем в частности и обуславливается их высокая производительность. Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro имеют КЭШ–память отдельно для данных и отдельно для команд, причем если у Pentium ёмкость этой памяти не большая (8 Кбайт), то у Pentium Pro она достигает 256–512 Кбайт. Для всех микропроцессоров может использоваться дополнительная КЭШ–память (2-го уровня), размещаемая на материнской плате вне микропроцессора, ёмкость которой может достигать нескольких Мегабайтов.

5. Интерфейсная часть микропроцессора предназначена для связи и согласования микропроцессора с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполненной программы и формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП. Узел формирования адреса, блок регистров команд, являющейся буфером команд в микропроцессоре, внутреннюю интерфейсную шину микропроцессора и схемы управления шиной и портами ввода – вывода.

Порты ввода – вывода – это пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у микропроцессора может быть 65536. Каждый порт имеет адрес – номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода – вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и 2 регистра памяти – для обмена данными и обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода – вывода.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

• Формирование адреса порта и управляющей информацией для него (переключение порта на прием или передачу и др.);

• Прием управляющей информацией от порта, информации о готовности порта и его состоянии;

• Организацию сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода – вывода и микропроцессором.

Схема управления шиной и портами использует для связи с портами кодовые шины инструкций, адреса и данных системной шины. При доступе к порту микропроцессор посылает сигнал по кодовой шине инструкций, которая оповещает все устройства ввода – вывода, что адрес на кодовой шине адреса является адресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. То устройство, адрес порта которого совпадает, дает ответ о готовности, после чего по кодовой шине данных осуществляется обмен данными.

микропроцессор устройство память регистр

Виды основные технические характеристики микропроцессора.

При оценке параметров микропроцессора и выборе микропроцессорной серии большую роль играет разрядность прибора, которая задает элементарный объём обрабатываемых данных. Чем больше разрядность, тем выше производительность и шире возможности адресации. В ранних приборах разрядность регистров, шин управления, а также информационных шин почти всегда была одинаковой. Сейчас существует множество архитектур процессоров, которые делятся на две глобальные категории – RISC и CISC.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) – процессоры с сокращенной системой команд. Они обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения, причем их число может быть большим. Система команд отличается относительной простотой, коды инструкций имеют четкую структуру с фиксированной длиной. В результате аппаратная реализация такой архитектуры позволяет с небольшими затратами декодировать и выполнять эти инструкции за минимальное (в пределе 1) число тактов синхронизации. Определенные преимущества дает унификация регистров.

CISC (Complete Instruction Set Computer) - процессоры с полным набором инструкций. Состав и назначение их регистров неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций.

Процессоры с MISC, как и процессоры RISC, характеризуются небольшим числом чаще всего встречающихся команд. Вместе с этим, принцип «очень длинных командных слов» (VLIW) обеспечивает выполнение группы непротиворечивых команд за один цикл работы процессора. Порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Таким образом архитектура MISC объединила вместе супер-скалярную и VLIW-концепции. Компоненты процессора просты и работают на высоких частотах.

Технические характеристики процессоров Intel Core i3, Core i5, Core i7.

Core i3 (Clarkdale) – двухъядерный процессор последнего поколения, предназначенный для настольных компьютеров начального уровня. Впервые представлен 7 января 2010 года. Устанавливается в разъём LGA1156. Производится по 32-нм технологии. Оснащён встроенным двухканальным контроллером оперативной памяти DDR3-1066/1333 с напряжением до 1,6 В. Модули, рассчитанные на более высокое напряжение, не будут работать с этим чипом и даже могут его повредить. Снабжён встроенным контроллером PCI Express 2.0 x16, благодаря которому графический ускоритель может подключаться напрямую к процессору. Для соединения с набором системной логики применяется шина DMI (Digital Media Interface) c пропускной способностью 2 Гбайт/с. В процессоры Core i3 встроено графическое ядро GMA HD с двенадцатью конвейерами и тактовой частотой 733 МГц. Базовая тактовая частота для всех моделей Core i3 – 133 МГц, номинальные частоты достигаются применением множителей. Совместимые наборы системной логики: Intel H55 Express, H57 Express, P55 Express, Q57 Express