ИНСТИТУТ 

КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ  ИНФОРМАЦИИ 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

на тему «Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва  – 2011

Введение

    Важнейший компонент любого персонального  компьютера, его «мозг» — это  микропроцессор (CPU, Central Processor Unit — ЦПУ, или центральное процессорное устройство), который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации. На сегодняшний день, без современных процессоров невозможно представить существование не только таких высокотехнологичных устройств, как компьютеры или автомобили, но так же и иных устройств, в том числе бытовой техники, управляемых процессорами станков, механизмов и многого другого. Научно-технический прогресс не возможен без развития технологий микропроцессоров.

    Теоретическая часть данной работы призвана изучить  основные вопросы классификации, структуры и характеристики микропроцессоров современного ПК.

    В практической части работы будет  решена задача по расчету амортизации  средств заданного предприятия, с использованием пакета прикладных программ Microsoft Excel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Понятие микропроцессора

    Микропроцессор— это изготовленный при помощи технологии высокой степени интеграции прибор, который способен выполнять под действием программного управления функции центрального процессора ЭВМ. Первый микропроцессор был разработан в 1971 году Эдвардом Хоффом, сотрудником компании Intel. Выпущенный в продажу микропроцессор представлял собой кристалл размером 3´4 мм и включал 2250 транзисторов (степень интеграции 2250). Области распространения процессоров значительно превзошли самые оптимистические предположения разработчиков. Уже в 1977 году около 35 зарубежных фирм выпускали более 50-ти типов микропроцессоров. За сравнительно небольшой промежуток времени в технологии производства микропроцессоров был достигнут колоссальный прогресс. К концу 2000 года степень интеграции микропроцессоров превысила 400* млн., при количестве контактов около 500 и рассеиваемой мощности 80 Вт. Разрядность процессоров выросла с четырех до шестидесяти четырех. Считается, что разработчики электронной техники совершили экономическое чудо: если в начале 60-х годов транзистор стоил около 20$, то, если мысленно выделить такой элемент в 80-е годы из интегральной схемы, он уже стоит всего 0,0000002$.

    До 1978 года микропроцессоры в основном применялись в информационно-измерительных и управляющих. Однако появление в 1978 году 16-разрядного микропроцессора фирмы Intel-8086, открыло новую эру в использовании процессоров — эру персональных компьютеров. Это была минимальная разрядность машинного слова для универсальных ЭВМ, используемая в самых распространенных по тем временам (из наиболее доступных) мини-ЭВМ. 

  * Закон Мура. В 1965 году Гордон Мур, основатель компании Intel, заметил закономерность: число транзисторов на единицу площади в компьютерных чипах удваивается каждые полтора года.

2. Архитектура микропроцессоров

2.1. Структура процессора

    Сегодняшний микропроцессор – это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле находятся:

• Собственно, процессор, главное вычислительное устройство, состоящее из миллионов логических элементов – транзисторов.
• Сопроцессор – специальный блок для операций с «плавающей точкой». Применяется для особо точных и сложных расчётов, а так же для работы с рядом графических программ.
• Кэш-память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.
• Кэш-память второго уровня – эта память чуть помедленнее, зато больше – от 128 кбайт до 8192 кбайт в суперсовременных моделях.

2.2. Архитектура фон Неймана

     Большинство современных процессоров для  персональных компьютеров в общем  основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого  Джоном фон Нейманом. На Рис. 1. изображена схема постройки компьютера которую придумал Д. фон Нейман в 1946 году. 

  Рис. 1. Схема Фон Неймана

    Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана  является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти. Цикл фон Неймана было принято называть процессом, и именно от этого и произошло название устройства).

    Во  время процесса процессор считывает  последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая  последовательность команд называется программой и представляет алгоритм полезной работы процессора.

    Скорость  перехода от одного этапа цикла к  другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

2.3. Конвейерная архитектура

    Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера.

    Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода.) 
 

2.4. CISC и RISC процессоры

    Архитектура CISC (Complex Instruction Set Computing) — вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

    Архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computing) — вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).

     Самая распространённая реализация этой архитектуры представлена процессорами серии PowerPC (Рис. 2.), включая G3, G4 и G5. Довольно известная реализация данной архитектуры — процессоры серий MIPS и Alpha.

    Рис. 2. 1-ый Процессор

    IBM PowerPC 601 

     За последнее время, подавляющее число RISC-процессоров стали суперскалярными, т.е. на нескольких конвейерах в каждом такте обрабатывается несколько инструкций и выдается несколько результатов. Развитие CISC и RISC типов архитектуры привело к их сближению. Все современные CISC-процессоры имеют внутреннюю RISC-архитектуру. В то же время набор команд в некоторых RISC-процессорах может превышать количество команд в CISC.