5.1 Классификация микропроцессоров, основные варианты их структуры и архитектуры [1, 2, 3]

Микропроцессоры, программируемые системы, микроконтроллеры являются необходимыми и мощными цифровыми элементами, которые являются неотъемлемой частью широкого круга технических устройств, используемых как на земле, так и в воздухе. К таким техническим устройствам можно отнести системы наземной и воздушной связи, метеорологию, радиолокацию, радионавигацию, системы обеспечивающие предупреждение об опасных ситуациях, системы, управляющие воздушными судами в воздухе и контролирующие состояние работ на воздушном судне на земле, системы безопасности, системы предоставления информационных услуг в залах ожидания и так далее. Сегодня принципы функционирования и управления процессорных устройств относятся к числу базовых знаний, которые необходимы авиационным ученым и инженерам в обязательном порядке.

Изучение принципов построения процессорных систем не требует глубоких и всесторонних знаний основ программирования. Необходимо лишь немного опыта в программировании и способность представлять движение информации по внутренним элементам процессорной системы. Возникает вопрос: Почему же тогда не все поголовно разбираются в принципах функционирования микропроцессорных систем? Ответ в том, как предлагаемый материал преподносится для изучения и как он воспринимается обучаемыми. Одно дело просто озвучить теорию процессоров, но другое дело в живую увидеть результат действия той или иной команды. С другой стороны можно просто прослушать теорию процессоров или же увидеть результат и логически связать всю информацию в одно целое. Именно в последнем и состоит цель данного курса.

Перед тем как мы с вами рассмотрим классификацию процессоров, введем некоторые основные понятия, используемые в системах обработки информации и процессорной технике.

Процессор (processor) 

*Интерпретация программ (interpretation) – непосредственное покомандное выполнение программы без предварительной компиляции, то есть другими словами «на лету».

Центральный процессор (central processing unit, CPU) –(рисунок 1).

Рисунок 1 – Внешний вид микросхем центрального процессора

Архитектура вычислительной машины (computer architecture) –

Интерфейс (interface) 

*Технологический процесс (technology pipeline)  масштаб технологии, которая определяет размер полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей центрального процессора.

*Ядро (core) – главный элемент центрального процессора. Оно представляет собой кристалл кремния площадью приблизительно около одного квадратного сантиметра, на котором посредством технологического процесса реализована архитектура процессора.

Количество физических ядер в современных процессорах широкого применения лежат в пределах от 2 до 8, в центральных процессорах, используемых для установки в серверных станция до 16.

С развитием технологических возможностей реализация архитектуры вычислительной машины осуществляется посредством комбинаций микроархитектуры, микрокода и архитектуры набора команд.

В зависимости от реализуемой микроархитектуры каждому ядру присваивается свое собственное имя. В некоторых случаях на одном чипе (chip, интегральная схема) могу устанавливаться разные ядра. В качестве примера можно привести ядра от компании Intel (рисунок 2).

Рисунок 2 – Процесс развития микроархитектуры Intel

И от компании AMD (рисунок 3)

Рисунок 3 – Процесс развития микроархитектуры АМD

Остальные термины будем вводить по мере рассмотрения теоретического материала.

Для того, чтобы представить все многообразия существующих процессоров их особенность и области применения рассмотрим классификацию.

Процессоры классифицируются: