ЦСРС_1 / Grebeshkov_Tehnika_mikroproz_sistem_v_kommutazii_uchebnik_dlya_vuzov_2011

Техника микропроцессорных систем в коммутации

ческого волоса. По точности изготовления современные транзисторы соотносимы с тем, чтобы провести автомобиль по прямой длиной в 650 км с отклонением от оси менее 2,5 см (по данным компании

Intel).

Характерно в этой связи наличие эмпирического «закона Мура». Гордон Мур, один из основателей компании Intel (США) предположил, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца (скорректированное утверждение, сделанное в 1979-1980 г.г.). Этот «закон» с определенными оговорками, поправками и уточнениями в целом оказался справедлив, хотя существует и критика некоторых утверждений Мура [60]. Кроме того, рост производительности МПр не всегда напрямую зависит от количества и сложности транзисторов на кристалле МПр.

Усложнение производства сказывается на стоимости оборудования для производства новых МПр. Существует менее известный «второй закон Мура», введѐнный в 1998 году Юджином Мейераном, гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Так, стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микропроцессоры Pentium по 0,6-микронной технологии c 5,5 млн транзисторов на кристалле, составляла 2 млрд. долл. США; стоимость завода Fab32 по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила уже 3 млрд. долларов США, а переооборудование 4 фабрик Intel для выпуска МПр с проектной нормой 22 нм будет стоить не менее 9 млрд. долларов США.

В настоящее время появились признаки того, что использование традиционных технологий производства МПр на кремневой пластине подходит к физическому пределу (см. рис. 5.12). Ещѐ в 2003 г. компания IBM получила транзистор размером в 8 молекул. Уже в транзисторах МПр на базе 65-нм технологии размер затвора транзистора доведен до 35 нм. Это приблизительно на 30% меньше, чем при производстве по 90-нм технологии, а толщина оксидного слоя затвора уменьшена до 1,2 нм, всего 5 атомных слоев. Такой тонкий слой диэлектрика из диоксида кремния SiO2 даже при наличии легирующих углеродистых присадок является пределом для данного материала.

371

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Рис. 5.12 – Уменьшение технологической нормы при производстве МПр по годам

Уменьшение данного слоя при переходе к норме 45 нм привело бы к резкому увеличению токов утечки. В результате, при технологической норме 45 нм вместо диоксида кремния для производства затвора был использован диэлектрический материал (оксид, силицид) на основе солей редкоземельного металла гафния, HfO2, который, однако, оказался несовместим с кремнием в электроде затвора. Для преодоления этого недостатка был разработан новый, металлизированный затвор транзистора. В результате мощность, необходимая для переключения транзистора была снижена на 30%.

Технологическая норма 65 нм соответствует размерам шести атомов, а при норме 45 нм микроэлектронные компоненты уменьшаются настолько, что становятся меньше длины волны светового луча, с помощью которого эти элементы вытравливаются на фоторезисте, покрывающим кремниевую пластину. В 2008 году, при переходе к коммерческому выпуску МПр с проектной нормой 45 нм, потребовалось использовать такие методы, как иммерсионная фотолитография. В этом методе вместо воздуха между линзами и фоторезистом на поверхности кремниевой пластины используется высокоочищенная вода, что позволяет увеличить показатель преломле-

372

Техника микропроцессорных систем в коммутации

ния и повысить разрешение системы на 30…40%. При переходе к проектной норме 32 нм используется оптическая литография в «экстремальном» ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 13 нм, что позволяет довести ориентировочно к 2013 году норму проектирования до 16 нм а возможно к 2015 году – до 11 нм.

Технологическим пределом изготовления транзисторных микросхем пока считается проектная норма в 10 нм, что объясняется существующей технологией производства и физическими свойствами кремния. В качестве альтернативы «традиционному» кремнию в перспективе на ближайшие 10…25 лет рассматривается графен и иные производные углерода с использованием нанотехнологий. Исследуются возможности, связанные с объединением традиционной литографии и метода самосборки структур на основе дезоксирибонуклеиновой кислоты, ДНК.

В данном случае ДНК рассматривается как основа, «строительные леса», для обеспечения точного позиционирования физических нанокомпонентов будущего МПр. При определенных условиях молекулы ДНК способны к автоматической самосборке в определенные двумерные фигуры – квадраты, звезды, треугольники с линейными размерами 100…150 нм и толщиной, сравнимой с диаметром спирали ДНК. Из таких фигур можно создавать молекулярные схемы печатных плат, после чего использовать их в качестве трафарета для фотолитографии и производства печатных плат. На таких «молекулярных» печатных платах будут располагаться физические нанокомпоненты – углеродные нанотрубки, нанопроводники и наночастицы, которые будут выполнять функции транзисторов.

5.6Контрольные вопросы к главе 5

1.Опишите основные особенности конвейерной обработки данных.

2.Может ли у процессора быть несколько конвейеров?

3.Почему суперскалярная архитектура процессора в последнее время получает широкое распространение и применение?

4.В чѐм заключается сущность закона Амдала?

5.Почему в современных процессорах повышенное внимание уделяется вопросам энергоэффективности?

6.Что увеличивается в первую очередь – напряжение электропитания про-

373

Техника микропроцессорных систем в коммутации

цессора или тактовая частота?

7.Для чего в современных процессорах применяется функция предсказания переходов?

8.Что такое «спекулятивное» предсказание переходов?

9.В чѐм особенность архитектуры многоядерных процессоров?

10.Укажите достоинства и недостатки многоядерных процессоров.

11.Могут ли ядра процессора иметь различные напряжения электропитания?

12.Каковы основные тенденции развития производства современных микропроцессоров?

374

Техника микропроцессорных систем в коммутации

Рекомендуемая литература

Основная:

1.Гольдштейн Б.С. Системы коммутации: Учебник для ВУЗов.–СПб.:БХВ– Санкт–Петербург, 2003.–318 с.

2.Гребешков А.Ю. Микропроцессорные системы и программное обеспечение в средствах связи: Учебное пособие.– Самара: ПГУТИ, 2009. – 298 с.

3.Корнеев В.В, Киселѐв А.В. Современные микропроцессоры. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ–Петербург, 2003. – 448 с.

4.Мелехин В.Ф., Павловский Е.Г. Вычислительные машины, системы и сети: учебник для студ. высш. учеб. заведений/2-е изд.,стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.– 560 с.

5.Микропроцессорная техника: учебник для сред. проф. образования/ А.В. Кузин, М.А. Жаворонков. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. –

304 с.

6.Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов/Уч. пособие для студ. по направлению 654400 «Телекоммуникации» – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 464 с.

7.Сперанский В.С. Сигнальные микропроцессоры и их применение в системах телекоммуникации и электроники. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2008. – 168 с.: ил.

8.Цифровые системы коммутации для ГТС/под ред. В.Г Карташевского и А.В. Рослякова. – М.: Эко-Трендз, 2008. – 352с.

Дополнительная:

9.Артемьев М.Ю. Самоделов В.П. Программное обеспечение управляющих систем электросвязи: Учебник для техникумов.– М.: Радио и связь,1990. –

272 с.

10.АТС как система реального времени. Табличные методы разработки программного обеспечения АТС: Метод. указания к лаб. работам (спец. 200900)/ В.А. Манохин и др. – СПб.: СПбГУТ.– 2002. [Электронный ресурс]

URL: http://dvo.sut.ru/libr/skiri/i126manh/index.htm (дата обращения

28.09.2010).

11.Архитектура микропроцессоров Motorola M68K: Уч. пособие// Губарев С.И., Росинский Д.Н., Руденко О.Г., Михалев А.И. – Днепропетровск: Национальная металлургическая академия Украины, кафедра ИТС, 2002. [Элек-

тронный ресурс]. URL: http://dmeti.dp.ua/kaf/k-its/books/motorola/ (дата об-

ращения 28.09.2010).

12.Басалин П.Д. Архитектура вычислительных систем: учебник.– Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2003.– 243 с.

13.Баула В.Г. Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования. –

375

Техника микропроцессорных систем в коммутации

М.: МГУ.– 2003. – 141 с. [Электронный ресурс]. URL: http://arch.cs.msu.su (дата обращения 16.02.2011).

14.Бигелоу С. Д., Винлер С., Карр Д.Д. Энциклопедия телефонной электроники.– М.: Издательский дом «ДМК-пресс», 2007. – 567 с.

15.Боллапрагада Виджэй, Мэрфи Кэртис, Уайт Расс Структура операционной системы Cisco IOS.:Пер. с англ.–М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. – 208 с. : ил. – Парал. тит. англ.

16.Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Микропроцессоры и микроконтроллеры: Учебник (Украина).– СПб.: БХВ–Петербург, 2004.– 464 с.:ил.

17.Боровский А. От Niagara к Rock // Открытые системы. – 2007. – №5.

18.Бумагин А., Годарь А., Куляс М. и др. Обзор современных самосинхронных процессоров//Электронные компоненты.–2009.–№10.–с 67–69.

19.Воронков Ю.В. Применение микропроцессоров в устройствах приема и обработки сигналов/Уч. пособие. – Нижний Новгород: Нижего- род.гос.техн.ун-т.,1993. – 170 с. [Электронный ресурс]. Системные требования: Microsoft Office Word. – URL: www.nntu.scinnov.ru/RUS/fakyl/KAFEDR/trt/voronkov/Voronkov1.doc (дата обращения 28.09.2010).

20.Гаспер Б.С., Липатов И.Н. Решение задач по курсу «Прикладная теория надежности»: учебное пособие. – Пермь: Пермский государственный технический университет, 1998. – 88с.

21.Гребешков А.Ю. Стандарты и технологи управления сетями связи. – М.: Эко-Трендз, 2003. – 288 с.: илл.

22.Ершова Н.Ю., Ивашенков О.Н., Курсков С.Ю. Микропроцессоры: Учебное пособие в электронном виде. – Петрозаводск: Петрозаводский государственный университет, 2002. [Электронный ресурс]. URL:

рttp://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/microcpu/ (дата обращения 28.09.2010).

23.Золотарев С. Операционные системы реального времени для 32разрядных микропроцессоров//Современная электроника.– 2006.– №7.– с.

52–59.

24.Зотов В. Особенности архитектуры нового поколения ПЛИС FPGA фирмы Xilinx серии Spartan–6//Компоненты и технологии.–2009.–№9.– с.62–70.

25.Зарубин А.А. Микропроцессорное программное управление. Архитектура IXA: методические рекомендации к практическим занятиям (спец. 200900)// СПб.: СПбГУТ, 2004. – 32 c.

26.Золотарев С., Горбунов Н. POSIX и ОС РВ: попытка систематизации // PC Week RE. – 2005. – №10(472). – c.39– 41.

27.Иванов П. Оптика в новой ипостаси // Сети и системы связи.– 2003.–№23.– с.15–19.

28.Использование микропроцессоров в системах управления узлов коммутации, часть 1.:Метод. указ. к лабор. работам// сост. Т.Б. Мурашова; под ред.

376

Техника микропроцессорных систем в коммутации

проф. Карташевского В.Г. – Самара: Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики, 1997 г.– 27с.

29.Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

30.Калачев А. Мультиядерные процессоры ARM–архитектуры// Компоненты и технологии.–2010.–№3–с. 66–70.

31.Крылов Ю. Сетевые технологии компании Transwitch // Первая миля. Приложение к журналу «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес» – 2010.– №1 – с. 22–26.

32.Координационный процессор CP113 системы EWSD: Метод. указ. к лабор. работам на ПЭВМ //Гребешков А.Ю. (по материалам компании Siemens). – Самара: Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики, 2003.– 67 с.

33.Копейкин М.В, Спиридонов В.В, Шумова Е.О. Организация ЭВМ и систем. Память ЭВМ: уч. пособие в электронной версии. – Северо–Западный государственный заочный технический университет, 2003. [Электронный ресурс]. URL: http://ord.com.ru/files/book3/ (дата обращения 28.09.2010).

34.Костров Б.В., Ручкин В.Н. Микропроцессорные системы и микроконтроллеры.– М.: ТехБук, 2007. – 320 с.

35.Крылов Ю., Симонова С. Технология высококачественной IP-телефонии компании AudioCodecs// Первая миля Last Mile. – 2011 – №2(23).– c. 48–50.

36.Кустарев П.В. Специализированные процессоры. Процессоры для встраиваемых приложений: конспект лекций.– С-Пб.: СПбГИ – МО(ТУ), 2002.– 30 с.

37.Лабораторный практикум по курсу «Микропроцессоры и микрокомпьютеры» для студентов специальности 53 01 02 дневной формы обучения «Автоматизированные системы обработки информации» // сост. Лепешинский В.Н. – Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 2002.

38.Лапин А.А. Интерфейсы. Выбор и реализация.– М.: Техносфера, 2005. – 168 с.

39.Лихтциндер Б.Я., Кузнецов В.Н. Микропроцессоры и вычислительные устройства в радиотехнике: Учеб. пособие. – Киев: Выща шк. Головное издательство, 1988. – 272 с.

40.Майерс Г. Надежность программного обеспечения. Пер. с англ. – М.: Мир,

1980.– 359 с., ил.

41.Мержвинский А.А., Осинский В.И., Палагин А.А и др. Особенности разработки цифровых волокно-оптических модулей // Технологии и конструирование в электронной аппаратуре.– 2002.–№2.– с.15 – 21.

42.Микропроцессорный комплект К1810: Структура, программирование, применение: Справочная книга/Ю.М. Казаринов, В.Н. Номоконов и др.: Под ред. Ю.М. Казаринова.– М.: Высшая школа, 1990. – 269 с.

377

Техника микропроцессорных систем в коммутации

43.Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов/ К.Е. Александров, Р.И Грушевицкий, М.С. Куприянов и др.; под ред. Д.В. Пузанкова.– СПб.: Политехника, 2002. – 935 с.

44.Микушин А.В. Электронный конспект «Микропроцессоры в устройствах и системах», «Микропроцессоры и цифровая обработка сигналов»//Сибирский государственный технический университет. [Электронный ресурс]. Режим доступа URL: http://digital.sibsutis.ru/content.htm (дата обращения 29.09.2010).

45.Митчелл Р. Новый прожорливый монстр // Computer World Россия. –

13.06.2007. – №22. – с.27.

46.Надѐжность и техническое обслуживание АМТС с программным управлением: справ. пособие/ Р.Р. Вегенер и др.; Под ред. В.Г. Дедоборща и Н.Б. Суторихина. – М.: Радио и связь, 1989. – 320 с.

47.Новожилов О.П. Основы микропроцессорной техники/ Учебное пособие в двух томах. Т.1 – М.: ИП РадиоСофт, 2007. – 432 с.:ил.

48.Новожилов О.П. Основы микропроцессорной техники/ Учебное пособие в двух томах. Т.2 – М.: ИП РадиоСофт, 2007. – 336 с.:ил.

49.Никульский И. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сетей доступа. – М.: Техносфера, 2006. – 256 с.

50.Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. – М.: Интернет-университет электронных технологий.– 440 с.

51.Операционная система реального времени QNX Neutrino 6.3. Системная архитектура: Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006.–

52.Пахомов С. Sonoma – новое пришествие // Компьютер–Пресс.–2005.–№2.– с. 148–156.

53.Писарев А.П. Интерфейсы АСОИУ: Курс лекций //Пенза: Пензенский государственный университет, 2007. – 68 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа URL: http://window.edu.ru/window/library?p_rid=53991 (дата обращения

29.09.2010).

54.Потапов Е. Комплект микросхем серии 1889ХД для систем коммутации / Компоненты и технологии.– 2005. – №1. – с.118 –120.

55.Программирование микропроцессорных систем: учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматизированные cистемы обработки информации и управления»/ В.Ф.Шаньгин, А.Е.Костин, В.М.Илюшечкин, П.А.Тимофеев; под ред. В.Ф. Шаньгина.– М.: Высшая школа, 1990.

56.Романюк С.Г. Оценка надѐжности программного обеспечения // Открытые системы. – №4.–1994. [Электронный ресурс]. Режим доступа URL: http://www.osp.ru/os/1994/04/178540/ (дата обращения 29.09.2010).

57.Рыбаков А., Золотарев С. Программное обеспечение многоядерных систем // Открытые системы. – 2006. – №2. – с. 12–17.

58.Саватеев И. QNX – что нового?// PC Week/RE.– 2005 – №1.

59.Сит Дж., Наир Р. Архитектура виртуальных машин//Открытые системы.–

378

Техника микропроцессорных систем в коммутации

2005. – №№5–6.

60.Скробов А., «Закон Мура»//Математико–механический факультет Уральского государственного университета, 2005 г. [Электронный ресурс]. URL: http://cs.usu.edu.ru/study/moore/ (дата обращения 29.09.2010).

61.Сулейманова А.М. Системы реально времени: учебное пособие//Уфимск. гос. авиац. техн. ун.–т – Уфа, 2004. – 298 с.

62.Таннебаум Э., Хердер Д., Бос Х. Надежные и защищенные операционные системы? Пер. с англ.//Открытые системы. – 2006. – №6. – с. 38–46.

63.Тим Джонс, М. Анатомия Linux-архитектур реального времени // Сайт компании IBM. – 2008. – 30 октября [Электронный ресурс]. URL: Режим доступа http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/l-real-time-linux/ (дата обращения 29.09.2010).

64.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.–СПб.: БХВ–Петербург, 2004. – 528 с.

65.Управляющие системы электросвязи и их программное обеспечение: Учебник для вузов/ Р.А. Аваков, В.О. Игнатьев и др.– М.: Радио и связь, 1991. – 256 с.

66.Ульянов М.В. Архитектуры процессоров:учеб. пособие для студентов по спец. 2201.– М.: МГАПИ, 2002. – 68 с. [Электронный ресурс]. Системные требования: Adobe Acrobat Reader.– URL: http://window.edu.ru/window_catalog/files/r24114/ulianov.pdf (дата обращения 29.09.2010).

67.Ушаков И.А. Курс теории надежности систем: учеб. пособие для вузов. – М.: Дрофа, 2008. – 239 с.

68.Фокин А. Процессоры ввода/вывода Intel на базе технологии Xscale//Компоненты и технологии.–2006.–№3. [Электронный ресурс]. URL: http://www.kit-e.ru/articles/cpu/2006_3_94.php (дата обращения 29.09.2010).

69.Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи/пер. с англ. под ред. Н.Н. Слепова. – М.: Техносфера, 2003.– 590 с.

70.Цифровая коммутационная система EWSD: Учебное пособие. – Самара: Самарская междугородная телефонная станция, 1997.

71.Черняк Л. Ядра и потоки современных микропроцессоров //Открытые системы. – 2005. – №12.

72.Шагурин И.И. Современные микроконтроллеры и микропроцессоры Motorola: Справочник. – М.: Горячая линия–Телеком, 2004. – 952 с. с илл.

73.Шпаковский Г.И. Организация параллельных ЭВМ и суперскалярных процессоров: Учеб. пособие для вузов. — Минск:Белорусский государственный университет, 1996. — 296 с. [Электронный ресурс]. URL: http://www.cluster.bsu.by/Information.htm (дата обращения 29.09.2010).

74.Шпаковский Г.И. Параллельные микропроцессоры для цифровой обработки сигналов и медиа данных. – Минск: Белорусский государственный университет, 2000. – 196 с. [Электронный ресурс]. URL:

379

Техника микропроцессорных систем в коммутации

http://www.cluster.bsu.by/Information.htm (дата обращения 29.09.2010).

75.Янг С. Алгоритмические языки реального времени. Конструирование и разработка: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.– 400 с., ил.

76.Значение размеров инструкций Intel процессоров// Сайт–сообщество русскоговорящих программистов. [Электронный ресурс] URL: http://www.democoder.ru/dcdn_article_view.php?dcid=15 (дата обращения 29.09.2010).

77.Abd-El-Barr, Mustafa and El–Rewini, Heshman Fundamentals of computer organization and architecture. – USA.: A John Wiley and Sons, Inc. – 2005.– 290 p.

78.Ali, Syed Riffat Digital Switching Systems. – USA:McGraw–Hill Professional, 1997. – 217 p.

79.Baer, Jean–Loup Microprocessor Architecture. From Simple pipelines to chip multiprocessors. – UK:Cambrige University Press, 2010.– 383p.

80.Giladi, Ran Network Processors. Architecture, programming and implementation. – USA.: Morgan Kaufmann Publishers is an imprint of Elsevier. – 2008.

– 737 p.

81.Eberspächer, Jörg Lehrstuhl für Kommunikationsnetze //Technische Universität München.– 2009. [Электронный ресурс]. URL: http://www.lkn.ei.tum.de/arbeiten/faq/man/tau42_doc/html/html/docs.htm (дата обращения 29.09.2010).

82.EWSD версия 15. Документация по эксплуатации. – Siemens.– Январь, 2002.

83.EWSD version 10. Operations and maintenance documentation. – Siemens.– 1996.

84.Franklin Mark, A., Wolf, Timan. A Network Processor Performance and Design Model with Benchmark Parameterization // Proceedings of Network Processor Workshop (HPCA-8), USA:Cambridge, MA, February 2002. – pages 63–74.

85.Infineon: микросхемы для телекоммуникационных систем.–М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2004. – 80 с. (БЭК 32 – Библиотека электронных компонентов, выпуск 32).

86.Intel Itanium Processor. Hardware Developers Manual. – 2001. – August (document Number 248701– 002). (Электронный ресурс). Системные требова-

ния: Adobe Acrobat Reader.– URL: http://download.intel.com/design/Itanium/Downloads/24870102.pdf (дата об-

ращения 29.09.2010).

87.Kovarick Jr, Vincent, J., Bard, Software defined radio: the software communications architecture.– England: John Wiley and Sons, Inc. – 2007.– 434 p.

88.Rafiquzzaman, M., PhD. Microprocessor theory and applications with 6800/68020 and Pentium.– USA:John Wiley and Sons, Inc. – 2008.– 590 p.

89.Rekdal, Kristen CHILL – the International Standard Language for Telecommunications Programming/Telektronikk.–1993.– №2/3. – p. 5–10. (Электронный

380