Перспективы развития микропроцессоров

План 

 стр 

1 Назначение  устройства

......................................................3 

2 Технические  характеристики некоторых 32-разрядных  микропроцессоров..............................................4 

3 Конструктивное  выполнение...........................................7 

4 Цена и другие  показатели................................................8 

5 Рекомендации  пользователю при выборе....................10 

6 Сравнительная  оценка структур и архитектур  сов- 12 местимых 32-разрядных микропроцессоров. 

6 Перспективы  развития микропроцессоров.................14 

7 Список используемой  литературы................................16 

Назначение устройства. 

 За время  существования электронная промышленность  пережила немало потрясений и  революций. Коренной перелом - создание электронных микросхем на кремниевых кристаллах, которые заменили транзисторы и которые назвали интегральными схемами. Со времени своего появления интегральные схемы делились на: малые, средние, большие и ультрабольшие ( МИС, СИС, БИС и УБИС соответственно ). Все больше и больше транзисторов удавалось поместить на всё меньших и меньших по размерам кристаллах. Следовательно ультрабольшая интегральная схема оказывалась не такой уж большой по размеру и огромной по своим возможностям. Поэтому процессоры созданы именно на основе УБИС .

 Развитие  микропроцессоров в электронной  индустрии проходило настолько  быстрыми темпами, что каждая  модель микропроцессора становилась  маломощной с момента появления  новой модели, а ещё через

2-3 года считалась  устаревшей и снималась с производства.

 Каждый микропроцессор  имеет определённое число элементов  памяти, называемых регистрами, арифметико-логическое  устройство ( АЛУ ) , и устройство  управления.

 Регистры  используются для временного  хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора.

 В АЛУ производится  арифметическая и логическая  обработка данных. 

 Устройство  управления реализует временную  диаграмму и вырабатывает необходимые  управляющие сигналы для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой через внешние шины микропроцессора.

 Среди отечественных  БИС имеется три класса микропроцессорных

 БИС, отличающихся  структурой, техническими характеристиками  и функциональными возможностями : секционированные с наращиванием разрядности и микропрограмным управлением ; однокристальные микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ с фиксированной разрядностью и системой команд.

 Вместе с  периферийными БИС , выполняющими  функции хранения и ввода- вывода данных , управления и синхронизации, сопряжения интерфейсов и. т. д., микропроцессоры составляют законченные комплекты БИС.

 Секционированные  микропроцессорные комплекты ( МПК  ) допускают наращивание параметров ( прежде всего разрядности обрабатываемых данных ) и функциональных возможностей. Секционированные МПК ориентированы в основном на применение в универсальных и специализированных ЭВМ, контроллерах и других средствах вычислительной техники высокой производительности.

 МПК на  основе однокристальных микропроцессоров и однокристальные микроЭВМ, обладающие меньшей производительностью, но гибкой системой команд и большими функциональными возможностями, ориентированны на широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

 На данный  момент существует два направления в производстве микропроцессоров. Они различаются в принципах архитектуры. первое направление - это процессоры RISC архитектуры; второе - CISC. 

 Микропроцессоры с архитектурой RISC ( Reduced Instruction Set

 Computers ) используют сравнительно небольшой (сокращённый ) набор наиболее употребимых команд, определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения CISC - процессоров исходной архитектуры. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти выполняется с помощьюспециальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом обьёме оборудования. Арифметику RISC - процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность

) компьютера; чем  более элементарные действия  выполняются в каждой фазе  работы конвейера, тем выше частота его работы. RISC - процессоры с самого начала ориентированны на реализацию всех возможностей ускорения арифмктических операций, поэтому их конвейеры обладают значительно более высоким быстродействием, чем в CISC - процессорах. Поэтому RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высокопроизводительней, несмотря на больший обьём программ, на (

30 % ). Дейв Паттерсон  и Карло Секуин сформулировали 4 основных принципа RISC : 

 Любая операция  далжна выполняться за один  такт, вне зависимости от ее  типа. 

 Система команд  должна содержать минимальное  количество наиболее часто используемых  простейших инструкций одинаковой  длины. 

 Операции  обработки данных реализуются только в формате “регистр - регистр“ ( операнды выбираются из оперативных регистров процессора, и результат операции записывается также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд загрузкизаписи ). 

 Состав системы команд должен быть “ удобен “ для компиляции операторов языков высокого уровня. 

 Микропроцессоры с архитектурой CISC ( Complex Instruction Set

 Computers) - архитектура вычислений с полной системой команд.

 Реализующие  на уровне машинного языка комплексные наборы команд различной сложности ( от простых, характарных для микропроцессора первого поколения, до значительной сложности, характерных для современных 32 -разрядных микропроцессоров типа 80486, 68040 и др. ) 
 

 Технические  характеристики некоторых 32-разрядных микропроцессоров. 

 Обзор начнём  с процессоров RISC - архитектуры. 

Микропроцессоры Alpha.

 Проект Alpha фирмы  Digital Equipment был ориентирован на  передовую технологию ( 0,8 - микронная  технология ) , перспективную архитектуру  и обработку 64 - разрядных приложений в среде Unix.

 Несколько  позднее платформа Alpha AXP была  дополнена средствами поддержки  операционной системы Microsoft Windows NT.

 Первым процессором  семейства Alpha AXP стал микропроцессор 21064, выполненный по 0,75 - микронной технологии, содержащим 1,68 млн. транзисторов. Тактовая частота ( до 200 Мгц ) и суперскалярная обработка позволии этому процессору обойти всех конкурентов по производительности.

 В 1994 г  Digital Equipment выпустила модификацию  процессора 21064

- модель Alpha 2164А  с тактовой частотой 275 МГц.

 В 1993 г  , из-за высокой цены ( более 2000 usd ) вышеупомянутых процессоров,  эта корпорация выпустила процессоры Alpha 2166 и 2168 (

200 -350 usd ) с тактовой  частотой 66-233 МГц. 

Микропроцессоры PowerPC.

 В 1992 г  компании IBM, Motorola и Apple приняли решение  осоздании семейства RISC - процессоров  широкого профиля. За основу проекта был взят процессор POWER ( Performance Optimised With Enchanced RISC ) .

 PowerPC 601- это 32- разрядный процессор тактовой частотой 50,66 или 80 МГц был выполнен по 0,8 -микронной технологии.

 Дальнейший  шаг - PowerPC 603 с тактовой частотой 66 и 80 Мгц, в котором та же  структура была реализована в  более миниатюрном исполнении.

PowerPC 604 выполнен  по 0,5 - микронной технологии с тактовой частотой 100 МГц. 

Микропроцессоры ARM фирмы Acorn. 

 Первые МП  типа ARM (Acorn Risc Machine) разработаны в  1985 г. разработанный в последнее  время 32- разрядный МП ( на базе 30-мкм техналогии CMOS ) имеет следующие  характеристики: 27 тыс. транзисторов, 4-8 Мгц тактовой частоты, 32- разрядную шину данных, производительность- 10 млн оп/с. 

Микропроцессоры CISC - архитекруры. 

 Микропроцессор  АМ 29000 фирмы АМD.

 МП ориентирован  на широкий спектр применения  и имеет следующие характеристики: 26 Мгц -тактовая частота,производительность - 25 млн оп/с. 

Микропроцессоры фирмы Intel.

 В 1985 г  фирма Intel выпускает микропроцессор 80386. Кристалл на котором он  был выполнен стал родоначальником  нового поколения микропроцессоров. 

 Микропроцессор i80386.

 Микропроцессорный  набор 80386 включает следующие  схемы: 80386- быстродействующий 32-разрядный  микропроцессор с 32- разрядной  внешней шиной; 80387 - быстродействующий  32-разрядный математический сопроцессор; 82384 - генератор тактовых сигналов;

82385 - контроллер кеш-помяти, 82307 - арбитр магистрали, 82308 - контроллер магистрали и.т.д.

 МП 80386 оптимизирован  для многозадачных операционных  систем и прикладных задач,  для которых необходимо высокое  быстродействие.Главной его особенностью  является аппаратная реализация так называемой многосистемной програмной среды, обеспечивающей возможность совместной работы разнородных програм пользователей, ориентированных на разные операционные системы (

UNIX, MS DOS, APX 86 ). МП 80386 обеспечивает програмную совместимость снизу вверх по отношению к 16- разрядным МП. МП имеет следующие характеристики: 16, 20 , 25, 33 Мгц -тактовая частота, производительность 4 млн команд в секунду, 32 Мб/с- пропускная способность шины. 

Микропроцессор i486.

 Микропроцессор  содержит более 1 млн. транзисторов.Микропроцессорный набор включает в себя следующие микросхемы: 80486 - быстродействующий 32- разрядный процессор;

82596СА - 32- разрядный  сопроцессор LAN; 82320 - контроллер магистрали Micro Channel ( MCA ); 82350 - контроллер магистрали

EISA и.т.д.

 Все процессоры  семейства 486 имеют 32-разрядную  архитектуру, внутреннюю кэш-память 8 КВ со сквозной записью (у  DX4 -16 КВ).

 Модели SX не  имеют встроенного сопроцессора. Модели DX2 реализуют механизм внутреннего  удвоения частоты (например, процессор 486DX2-

66 устанавливается  на 33-мегагерцовую системную плату), что позволяет поднять быстродействие  практически в два раза, так  как эффективность кэширования  внутренней кэш-памяти составляет  почти 90 процентов. Процессоры  семейства DX4 - 486DX4-75 и 486DX4-100 предназначены для установки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы. По производительности они занимают нишу между DX2-66 и Pentium-60/66, причем быстродействие компьютеров на 486DX4-100 вплотную приближается к показателям Pentium 60. Напряжение питания составляет3,3 вольта, то есть их нельзя устанавливать на обычные системные платы. 486DX4-100 в настольных системах. К сожалению,

Intel ограничивает  поставки процессоров 486DX4-100, а  цены на них установил на  существенно более высоком уровне, чем на Pentium

60, чтобы избежать  конкуренции между собственными  продуктами. 

Микропроцессоры фирмы АМD.

 Фирма AMD производит 486DX-40, 486DX2-50, 486DX2-66. Готовятся к выпуску  процессоры 486DX2-80 и 486DX4-120. Они обеспечивают  полную совместимость со всеми ориентированными на платформу Intel программными продуктами и такую же производительность, как и аналогичные изделия фирмы Intel (при одинаковой тактовой частоте).

 Кроме того, они предлагаются по более  низким ценам, а процессор на

40 MHz отсутствующий в производственной программе Intel, конкурирует с 486DX-33, превосходя его по произ- водительности на20 процентов при меньшей стоимости. 

Микропроцессоры фирмы Cyrix.

 Фирма Cyrix разработала процессоры М6 и  М7 (аналоги 486SX и 486DX

2) на тактовые  частоты 33 м 40 MHz, а также с удвоением частоты DX2-

50 и DX2-66. Они  имеют более быстродействующую  внутреннюю кэш- память 8 КВ с  обратной записью и более быстрый  встроенный сопроцессор. По некоторым  операциям производительность выше, чем у процессоров фирмы Intel, по некоторымнесколько ниже. Соответственно, существенно различаются и результаты на разных тестирующих программах. Цены на 486 процессоры Cyrix значительно ниже, чем на