Процессор. Устройство, функции.

Внедрение и широкое использование средств вычислительной техники является одним из главных факторов ускорения научно-технического прогресса в нашей стране. Стремительно возрастает роль ЭВМ во всех областях деятельности. Без использования быстродействующих ЭВМ в настоящее время немыслима работа большинства предприятий. А повышение быстродействия ЭВМ в значительной мере зависит от повышения быстродействия входящего в её состав микропроцессора.
Темпы научно-технического прогресса, усиление роли науки в значительной степени определяются качеством средств вычислительной техники и их программным обеспечением. Именно развитие этих средств обеспечивает успехи в автоматизации производственных процессов, в разработке новых технологий, в повышении эффективности труда и упра ...

Введение 3
1. История создания процессора 5
2. Устройство процессора 8
3. Характеристики процессора 12
Заключение 14
Список использованной литературы 15

Сегодня невероятно трудно вспомнить области деятельности человека где успехи не были бы тесно связаны с использованием персональных компьютеров. Компьютер сегодня – друг и настоящий помощник всех без исключения. Важно особо отметить, что сфера его применения расширяется с каждым днем все больше и больше. Кроме этого постоянно меняются и технико-экономические показатели ПК, такие, как быстродействие, объем памяти, надежность работы, цена, габариты, мощность и др.
В общем и целом, компьютер – это обыкновенный преобразователь информации, различного рода данных. Под информацией и данными, при этом, могут пониматься различные сведения о природных, общественных или иных явлениях, а также о процессах неразрывно связанных с деятельностью самой машины.
Абсолютно все ПК, как и в принципе любое сов ременное электронное оборудование работают на специально изготовленной электронной схеме, которая называется микропроцессором. Очень часто его еще называют «компьютером в чипе». Любой современный электронный микропроцессор это самый что ни на есть обычный кусочек кремния, только выращенный в специальных условиях и с соблюдением специальной технологии.
В работе, представленной ниже, будут изложены базовые теоретические сведения об устройстве, предназначении и принципах работы процессора.
Объект исследования – процессор.
Предмет исследование - устройство и функции процессора.
Основные понятия, использованные в работе:
Микропроцессор – управляемое программами устройство, которое предназначено в основном для управления процессами обработки, и самой обработки данных, которое выполнено как одна или несколько интегральных схем, с заранее предусмотренной высокой степенью интеграции компонентов электроники.
Микропроцессорный комплект - набор микросхем, которые необходимы для грамотной реализации функционально завершенной вычислительной необходимых для реализации одной функционально завершённой вычислительной единицы.
Архитектура МП - совокупность различного рода аппаратных, программных и микропрограммных средств, которая определяет технические, а также эксплутационные показатели.
Микропроцессорная система – управляемая, контрольно – измерительная структура, в которой элементом, обрабатывающим данные является микропроцессор.
Память МПС обладает иерархической структурой. Классифицируют два вида памяти - внутренняя (ОЗУ, ПЗУ и КЭШ-память), внешняя (различные накопители, представленные на магнитных носителях или же магнитных лентах, а также жёсткие и флоппи диски).
Устройство ввода – выполняет задачу передачи информации в регистры МП или память (клавиатура, различные датчики) из внешнего потока.
Устройство вывода – устройство, которое принимает информацию из регистра МП или же памяти МПС.
Устройства, которые входят в состав МПС обладают стандартным интерфейсом, при помощи которого выполняется подключение к магистрали. При этом интерфейс абсолютно во всех узлах представлен магистралями: МУ - управления, МА - адреса, МД - данных.
Учитывая реферативный характер работы в качестве основного метода исследования был выбран анализ документов.

Кроме этого значительные изменения претерпел и внешний интерфейс. Главное отличие для разработчиков аппаратуры от предшественника – одно-питающее напряжение в +5В. Своеобразную вариацию на 8080 и 8085 предложили создатели процессора Z80 - фирма Zilog. Сохраняя программную совместимость с устройством 8080, в новую версию были введены дополнительные регистры. Это позволило значительным образом повысить производительность нового аппарата, что неизменно сказалось на эффективности продукта. Итог стал крайне впечатляющим – почти недавно популярные компьютеры Sinclair, основанные на базе Z80, могли демонстрировать в различного рода играх графические показатели, которые не уступали PC с его 16 –разрядным процессором 286.Самый первый 16–разрядный процессор 8086 выпустила к тому моменту уже оченьизвестная фирма Intel в 1978 году. Обладавший частотой устройства 5 МГц, производительностью 0.33 MIPS, он демонстрировал инструкции с 16-битными операндами (процессоры 8 и 10 МГц появились чуть позже). Процессор был построен на базе технологии 3 мкм и обладал 29 тыс. транзисторов. Значительно вырос и объем адресуемой памяти - 1 Мб. Регистровая архитектура существенно отличалась от 8080, также как и система команд, однако, нельзя не признать, что и в том и в другом случае есть общие идеи. Всего через год в мире появился 8088 – это был по сути тот же процессор, однако обладавший уже 8-битной шиной данных. Именно с этого устройства и началась долгая история IBM PC, которая оставила свой след во всем развитии линейки процессоров от intel. При этом широкое распространение, совместно с открытой архитектурой PC привели к появлению огромного числа программных продуктов, которые были произведены крупными, средними, а также мелкими кампаниями и одиночками. Прогресс тогда, как и сейчас требовал развития линейки процессоров, однако груз программного обеспечения для PC , работающего на более новых продуктах, требовал наличия обратной программной совместимости. Возникала ситуация в которой нововведения в архитектуре новых поколений процессоров должны были пристраиваться к уже существующему ядру. Важно отметить, что и сама архитектура компьютера, что называется, “подбросила” сложности. Например были проблемы с использованием вектора прерываний. Произошло это из-за того, что Intel зарезервировав первые 32 вектора “для служебного пользования”, не учла возможность проблем с прерыванием BIOS PC. Как итог – еще один «дополнительный» вариант обработки исключений сопроцессора, который применяется в старших моделях PC. Устройство 80286, которое заменяло следующий этап архитектуры, появилось только в 1982 году. На выходе имелись 134 тыс. транзисторов по технологии 1.5 мкм, а также объем адресуемой памяти до 16 Мб. Принципиальной новацией устройства стало наличие защищенного режима, а также виртуальной памяти до 1 Гб. Однако все эти концепты не получили массового применения. По большей части, устройство было эквивалентом 8088, только очень быстрым.Принципиально новый тип 32-разрядных процессоров стал открытием 1985 года. Первая модель, в которой он использовался – 80386, обладала 275 тыс. транзисторов, сделана по технологии 1,5 мкм. При этом, разрядность шины данных достигла 23 бит, точно также как и память внутренних регистро, а объем адресуемой физической памяти вырос до 4 Гб. В устройстве были введены новые регистры и новые 32-битные операции, качественно доработан и исправлен защищенный режим, а также впервые появился режим V86, кроме этого было введено и страничное управление памятью. Процессор получил большое распространение в PC. На основе его свойств был разработан качественно новый концепт - MS Windows и приложения к нему. Именно тогда стала невероятна заметна тенденция к внедрению и осознанию необходимости “положительной обратной связи”, согласно которой, есть прямая зависимость между выпуском нового типа процессора и созданием продуктов для него. При этом, зачастую производитель программного продукта может опережать способности устройства, что толкает производство нового типа устройств и наоборот. 2. Устройство процессораБольшое количество процессоров нового поколения состоит из: одного нескольких ядер, которые осуществляют выполнение тех или иных инструкций; нескольких уровней КЭШ-памяти (2 или три уровня), которые ускоряют взаимодействие устройства с ОЗУ; контроллера ОЗУ; контроллера системной шины.Работа процессора обусловлена следующими характеристиками:тип микроархитектуры, применяющийся в устройстве;тактовая частота процессора;набор выполняемых команд;количество уровней КЭШ-памяти и их объем;тип и скорость системной шины;размеры обрабатываемых слов;наличие или отсутствие встроенного контроллера памяти;тип поддерживаемой оперативной памяти;объем адресуемой памяти;наличие или отсутствие встроенного графического ядра;энергопотребление.Ядро процессора – это его базис, именно ядро содержит в себе все функциональные блоки, при этом, выполняя все логические и арифметические операций.Каждое ядро процессора состоит из нескольких функциональных блоков:блок выборки инструкций;блоки декодирования инструкций;блоки выборки данных;управляющий блок;блок выполнения инструкций;блок сохранения результатов;блок работы с прерываниями;ПЗУ, содержащего микрокод;набор регистров;счетчик команд.Блок выборки инструкций имеет основное назначение в осуществлении считывания инструкций по адресу, который указан в счетчике команд. При этом, как правило, за один такт блок выборки считывает сразу несколько инструкций. Важно отметить, что количество считываемых инструкций обусловлено общим количеством блоков декодирования, это объясняется тем, что на каждом такте работы необходимо максимально загрузить блоки декодирования. Предсказатель переходов каждый раз пытается определить, какая именно последовательность команд выполняется после совершения перехода. Все это необходимо для того, чтобы максимально нагрузить конвейер ядра процессора сразу после условного перехода.Блоки декодирования– это блоки, занимающиеся декодированием инструкций: они определяют, что именно надо сделать устройству, и какие данные дополнительно нужны для выполнения той или иной инструкции. Часто отдельные сложные команды приходится заменять микрокодом – серией простых инструкций, в совокупности выполняющих то же действие, что и одна сложная инструкция. Набор микрокода прошит в ПЗУ, встроенном в процессоре. К тому же микрокод упрощает разработку процессора, так как отпадает надобность в создании сложноустроенных блоков ядра для выполнения отдельных команд, да и исправить микрокод гораздо проще, чем устранить ошибку в функционировании блока.В современных процессорах, обычно, бывает 2-4 блока декодирования инструкций, например, в процессорах Intel Core 2 каждое ядро содержит по два таких блока.Блоки выборки данных осуществляют выборку данных из КЭШ-памяти или ОЗУ, необходимых для выполнения текущих инструкций. Обычно, каждое процессорное ядро содержит несколько блоков выборки данных. Например, в процессорах Intel Core используется по два блока выборки данных для каждого ядра.Управляющий блок на основании декодированных инструкций управляет работой блоков выполнения инструкций, распределяет нагрузку между ними, обеспечивает своевременное и верное выполнение инструкций. Это один из наиболее важных блоков ядра процессора.Блоки для обработки расширения наборов инструкций. Дополнительные инструкции используются для ускорения обработки потоков данных, шифрования и дешифрования, кодирования видео и так далее. Для этого в ядро процессора вводят дополнительные регистры и наборы логики.