Микропроцессоры

Лекции 7

Микропроцессоры и системные платы

Содержание

1. Микропроцессоры

1.1. Микропроцессоры типа CISC

1.2. Микропроцессоры типа RISC

1.3. Микропроцессоры типа VLIW

1.4. Микропроцессоры типа MISC

1.5. Физическая и функциональная структура микропроцессора

2. Системные платы

2.1. Разновидности системных плат

3. Внутримашинный системный и периферийный интерфейс

3.1. Шины расширений

3.2. Локальные шины

3.3. Периферийные шины
Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные платы и интерфейсы.

Микропроцессоры

Микропроцессор (МП), или central processing unit (CPU) — функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

§ вычисление адресов команд и операндов;

§ выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);

§ выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);

§ прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

§ обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;

§ выработку управляющих сигнало в для всех прочих узлов и блоков ПК;

§ переход к следующей команде.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

· разрядность;

· рабочая тактовая частота;

· размер кэш-памяти;

· состав инструкций;

· конструктив;

· рабочее напряжение и т. д.

Подробнее поясним суть этих параметров.

Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство.

Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.

Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, ибо каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины материнской платы, с которой работает МП.

Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два-три уровня:

o L1 - память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые L1 был введен в МП 486 и 386SLC);

o L2 - память 2-го уровня - кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.

o L3 наименее быстродействующий, но он может быть очень большим — более 24 Мбайт. L3 медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.

o Существует четвёртый уровень кэша, применение которого оправдано только для многопроцессорных высокопроизводительных серверов и мейнфреймов. Обыкновенно он реализован в виде отдельной микросхемы.

Состав инструкций — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит даже классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIM). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут выполняться эти процедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих МП (286, 486, Pentium Pro и т. д.). Но существенное изменение состава инструкций произошло в МП 386 (этот состав далее принят за базовый), Pentium MMX, Pentium III, Pentium 4.

Конструктив определяет те физические разъемные соединения, в которые устанавливается МП и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разные разъемы имеют разную конструкцию (например, Slot — это щелевой разъем, Socket — разъем-гнездо). При этом имеется разное количество контактов, на которые подаются сигналы и рабочие напряжения.

Рабочее напряжение также определяет пригодность материнской платы для установки МП.

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году фирмой Intel (США) — МП 4004. В настоящее время разными фирмами выпускается много десятков различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel, AMD и им подобные.

Все микропроцессоры можно разделить на четыре группы:

1. МП типа CISC (Complex Instruction Set Command) с полным набором системы команд.

2. МП типа RISC (Redused Instruction Set Command) с усеченным набором команд.

3. МП типа VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом.

4. МП типа MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием.