ЗМІСТ
ВСТУП
1. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ ПРОЦЕСОРА
2. ТИПИ ПРОЦЕСОРІВ
3. СПІВПРОЦЕСОР
4. СТРУКТУРА МІКРОПРОЦЕСОРА
4.1 Пристрій управління
4.2 Мікропроцесорна пам'ять
4.3 Інтерфейсна частина мікропроцесора
ВИСНОВОК
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ВСТУП
Процесор (або центральний процесор, ЦП) - це транзисторна мікросхема, яка є головним обчислювальним та керуючим елементом комп'ютера.
Англійська назва процесора - CPU (Central Processing Unit).
Процесор являє собою спеціально вирощений напівпровідниковий кристал, на якому розташовуються транзистори, сполучені напиленим алюмінієвими провідниками. Кристал поміщається в керамічний корпус з контактами.
У першому процесорі компанії Intel - i4004, випущеному в 1971 році, на одному кристалі було 2300 транзисторів, а в процесорі Intel Pentium 4, випущеному 14 квітня 2003, їх вже 55 мільйонів.
Сучасні процесори виготовляються по 0,13-мікронної технології, тобто товщина кристала процесора складає 0,13 мікрон. Для порівняння - товщина кристала першого процесора Intel була 10 мікрон.
У нашій роботі ми ставимо за мету розглянути призначення, основні функції процесора, його основні особливості, а також описати структуру та функціонування мікропроцесорів.
1. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ ПРОЦЕСОРА
Центральний процесор (ЦП, англ. Central processing unit, CPU, дослівно - центральне обчислювальне пристрій) - виконавець машинних інструкцій, частина апаратного забезпечення комп'ютера або програмованого логічного контролера, який відповідає за виконання операцій, заданих програмами.
Сучасні ЦП, що виконуються у вигляді окремих мікросхем (чіпів), що реалізують всі особливості, притаманні даного роду пристроїв, називають мікропроцесорами. З середини 1980-х останні практично витіснили інші види ЦП, внаслідок чого термін став все частіше і частіше сприйматися як звичайний синонім слова «мікропроцесор». Тим не менш, це не так: центральні процесорні пристрої деяких суперкомп'ютерів навіть сьогодні представляють собою складні комплекси великих (ВІС) і надвеликих інтегральних схем (НВІС).
Спочатку термін «Центральне процесорний пристрій» описував спеціалізований клас логічних машин, призначених для виконання складних комп'ютерних програм. Внаслідок досить точної відповідності цього призначення функцій існували в той час комп'ютерних процесорів, він природним чином був перенесений на самі комп'ютери. Початок застосування терміна і його абревіатури по відношенню до комп'ютерних систем було покладено в 1960-і роки. Пристрій, архітектура і реалізація процесорів з тих пір неодноразово змінювалися, однак їх основні виконувані функції залишилися тими ж, що й колись.
Ранні ЦП створювалися у вигляді унікальних складових частин для унікальних, і навіть єдиних у своєму роді, комп'ютерних систем. Пізніше від дорогого способу розробки процесорів, призначених для виконання однієї єдиної або кількох вузькоспеціалізованих програм, виробники комп'ютерів перейшли до серійного виготовлення типових класів багатоцільових процесорних пристроїв. Тенденція до стандартизації комп'ютерних комплектуючих зародилася в епоху бурхливого розвитку напівпровідникових елементів, мейнфреймів і мінікомп'ютерів, а з появою інтегральних схем вона стала ще більш популярною. Створення мікросхем дозволило ще більше збільшити складність ЦП з одночасним зменшенням їх фізичних розмірів. Стандартизація і мініатюризація процесорів привели до глибокого проникнення заснованих на них цифрових пристроїв в повсякденне життя людини. Сучасні процесори можна знайти не тільки в таких високотехнологічних пристроях, як комп'ютери, але і в автомобілях, калькуляторах, мобільних телефонах і навіть у дитячих іграшках. Найчастіше вони представлені мікроконтролера, де крім обчислювального пристрою на кристалі розташовані додаткові компоненти (пам'ять програм і даних, інтерфейси, порти вводу / виводу, таймери, та ін.) Сучасні обчислювальні можливості мікроконтролера порівнянні з процесорами персональних ЕОМ десятирічної давності, а частіше навіть значно перевершують їх показники.
Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерів, загалом, засновані на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовної обробки інформації, винайденого Джоном фон Нейманом.
Д. фон Нейман придумав схему побудови комп'ютера в 1946 році [6, c. 115]. Найважливіші етапи цього процесу наведені нижче. У різних архітектурах і для різних команд можуть знадобитися додаткові етапи. Наприклад, для арифметичних команд можуть знадобитися додаткові звернення до пам'яті, під час яких проводиться зчитування операндів і запис результатів. Відмінною особливістю архітектури фон Неймана є те, що інструкції і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті.
Етапи циклу виконання:
Процесор виставляє число, яке зберігається в регістрі лічильника команд, на шину адреси, і віддає пам'яті команду читання;
Виставлене число є для пам'яті адресою; пам'ять, одержавши адресу і команду читання, виставляє вміст, що зберігається за цією адресою, на шину даних, і повідомляє про готовність;
Процесор отримує число з шини даних, інтерпретує його як команду (машинну інструкцію) зі своєї системи команд і виконує її;
Якщо остання команда не є командою переходу, процесор збільшує на одиницю (у припущенні, що довжина кожної команди дорівнює одиниці) число, що зберігається в лічильнику команд; в результаті там утворюється адреса наступної команди;
Знову виконується п. 1.
Даний цикл виконується незмінно, і саме він називається процесом (звідки і пішла назва пристрою).
Під час процесу процесор зчитує послідовність команд, що містяться в пам'яті, і виконує їх. Така послідовність команд називається програмою і представляє алгоритм роботи процесора. Черговість зчитування команд змінюється у разі, якщо процесор зчитує команду переходу - тоді адреса наступної команди може виявитися іншим. Іншим прикладом зміни процесу може служити випадок отримання команди зупинки чи перемикання в режим обробки переривання.
Команди центрального процесора є самим нижнім рівнем управління комп'ютером, тому виконання кожної команди неминуче і безумовно. Не проводиться ніякої перевірки на допустимість виконуваних дій, зокрема, не перевіряється можлива втрата цінних даних. Щоб комп'ютер виконував тільки допустимі дії, команди повинні бути відповідним чином організовані у вигляді необхідної програми.
Швидкість переходу від одного етапу циклу до іншого визначається тактовим генератором. Тактовий генератор виробляє імпульси, службовці ритмом для центрального процесора. Частота тактових імпульсів називається тактовою частотою.
Розглянемо конвеєрну архітектуру процесора. Конвеєрна архітектура (pipelining) була введена в центральний процесор з метою підвищення швидкодії. Звичайно для виконання кожної команди потрібно здійснити деяку кількість однотипних операцій, наприклад: вибірка команди з ОЗУ, дешифрування команди, адресація операнда в ОЗУ, вибірка операнда з ОЗУ, виконання команди, запис результату в ОЗУ. Кожну з цих операцій зіставляють одному щаблі конвеєра. Наприклад, конвеєр мікропроцесора з архітектурою MIPS-I містить чотири стадії:
отримання і декодування інструкції (Fetch)
адресація і вибірка операнда з ОЗУ (Memory access)
виконання арифметичних операцій (Arithmetic Operation)
збереження результату операції (Store)
Після звільнення k-ї ступені конвеєра вона відразу приступає до роботи над наступною командою. Якщо припустити, що кожен ступінь конвеєра витрачає одиницю часу на свою роботу, то виконання команди на конвеєрі завдовжки в n ступенів займе n одиниць часу, однак у самому оптимістичному випадку результат виконання кожної наступної команди буде виходити через кожну одиницю часу.
Дійсно, при відсутності конвеєра виконання команди займе n одиниць часу (так як для виконання команди як і раніше необхідно виконувати вибірку, дешифрацию і т. д.), і для виконання m команд знадобиться одиниць часу; при використанні конвеєра (у самому оптимістичному випадку) для виконання m команд знадобиться всього лише n + m одиниць часу.
Фактори, що знижують ефективність конвеєра:
простий конвеєра, коли деякі щаблі не використовуються (напр., адресація і вибірка операнда з ОЗУ не потрібні, якщо команда працює з регістрами);
очікування: якщо наступна команда використовує результат попередньої, то остання не може почати виконуватися до виконання першої (це долається при використанні позачергового виконання команд, out-of-order execution);
очищення конвеєра при попаданні в нього команди переходу (цю проблему вдається згладити, використовуючи пророкування переходів).
Деякі сучасні процесори мають більше 30 ступенів в конвеєрі, що збільшує продуктивність процесора, однак приводить до великого часу простою (наприклад, у разі помилки в прогнозі умовного переходу.)
Першим загальнодоступним мікропроцесором був 4-розрядний Intel 4004. Його змінили 8-розрядний Intel 8080 і 16-розрядний 8086, що заклали основи архітектури всіх сучасних настільних процесорів. Але із-за поширеності 8-розрядних модулів пам'яті був випущений 8088, клон 8086 з 8-розрядною шиною пам'яті. Потім пройшла його модифікація 80186. У процесорі 80286 з'явився захищений режим з 24-бітної адресацією, що дозволяв використовувати до 16 Мб пам'яті. Процесор Intel 80386 з'явився в 1985 році і привніс покращуваний захищений режим, 32-бітову адресацію, що дозволила використовувати до 4 Гб оперативної пам'яті і підтримку механізму віртуальної пам'яті. Ця лінійка процесорів побудована на реєстрової обчислювальної моделі.
Паралельно розвиваються мікропроцесори, які взяли за основу стекову обчислювальну модель.
Розглянемо технологію виготовлення процесорів.
У сучасних комп'ютерах процесори виконані у вигляді компактного модуля (розмірами близько 5 × 5 × 0,3 см) вставляються в ZIF-сокет. Велика частина сучасних процесорів реалізована у вигляді одного напівпровідникового кристала, що містить мільйони, а з недавнього часу навіть мільярди транзисторів. У перших комп'ютерах процесори були громіздкими агрегатами, які займали часом цілі шафи і навіть кімнати, і були виконані на великій кількості окремих компонентів.
На початку 1970-х років завдяки прориву в технології створення ВІС і НВІС (великих і надвеликих інтегральних схем, відповідно), мікросхем, стало можливим розмістити всі необхідні компоненти ЦП в одному напівпровідниковому пристрої. З'явилися так звані мікропроцесори. Зараз слова мікропроцесор і процесор практично стали синонімами, але тоді це було не так, тому що звичайні (великі) і мікропроцесорні ЕОМ мирно співіснували ще, принаймні, 10-15 років, і лише на початку 1980-х років мікропроцесори витіснили своїх старших побратимів. Треба сказати, що перехід до микропроцессорам дозволив потім створити персональні комп'ютери, які тепер проникли майже в кожен будинок [1, c. 88].
Перший мікропроцесор Intel 4004 був представлений 15 листопада 1971 корпорацією Intel. Він містив 2300 транзисторів, працював на тактовій частоті 740 кГц і коштував 300 дол
За роки існування технології мікропроцесорів було розроблено безліч різних їх архітектур. Багато хто з них (у доповненому і вдосконаленому вигляді) вживаються й тепер. Наприклад, Intel x86, що розвинулася спочатку в 32-бітну IA-32, а пізніше в 64-бітну x86-64 (яка в Intel називається EM64T). Процесори архітектури x86 спочатку використовувалися лише в персональних комп'ютерах компанії IBM (IBM PC), але в даний час все більш активно використовуються у всіх областях комп'ютерної індустрії, від суперкомп'ютерів до вбудовуваних рішень. Також можна перерахувати такі архітектури як Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC - архітектури) і IA-64 (EPIC-архітектура).
Більшість процесорів використовуються в даний час є Intel-сумісними, тобто мають набір інструкцій тощо, як процесори компанії Intel.
Найбільш популярні процесори сьогодні виробляють фірми Intel, AMD і IBM. Серед процесорів від Intel: 8086, i286 (в комп'ютерному сленгу називається «двійка», «двушка»), i386 («трійка», «трійка»), i486 («четвірка»), Pentium («пень», «пеньок», «другий пень», «третій пень» і т. д. Спостерігається також повернення назв: Pentium III називають «трійкою», Pentium 4 - «четвіркою»), Pentium II, Pentium III, Celeron (спрощений варіант Pentium), Pentium 4, Core 2 Quad, Core i7, Xeon (серія процесорів для серверів), Itanium, Atom (серія процесорів для вбудованої техніки) і ін AMD має в своїй лінійці процесори архітектури x86 (аналоги 80386 і 80486, сімейство K6 і сімейство K7 - Athlon, Duron, Sempron) і x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron та ін.)
2. ТИПИ ПРОЦЕСОРІВ
CISC-процесори
Complex Instruction Set Computer - обчислення зі складним набором команд. Процесорна архітектура, заснована на ускладненому наборі команд. Типовими представниками CISC є сімейство мікропроцесорів Intel x86 (хоча вже багато років ці процесори є CISC тільки по зовнішній системі команд).
RISC-процесори
Reduced Instruction Set Computer - обчислення зі скороченим набором команд. Архітектура процесорів, побудована на основі скороченого набору команд. Характеризується наявністю команд фіксованої довжини, великої кількості регістрів, операцій типу регістр-регістр, а також відсутністю непрямої адресації. Концепція RISC розроблена Джоном Коком (John Cocke) з IBM Research, назва придумана Девідом Паттерсоном (David Patterson).
Серед перших реалізацій цієї архітектури були процесори MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. У мобільних пристроях широко використовуються ARM-процесори.
MISC-процесори
Minimum Instruction Set Computer - обчислення з мінімальним набором команд. Подальший розвиток ідей команди Чака Мура, який вважає, що принцип простоти, початковий для RISC-процесорів, занадто швидко відійшов на задній план. У запалі боротьби за максимальну швидкодію, RISC наздогнав і перегнав багато CISC процесори по складності. Архітектура MISC будується на стекової обчислювальної моделі з обмеженим числом команд (приблизно 20-30 команд).
Багатоядерні процесори
Містять кілька процесорних ядер в одному корпусі (на одному або декількох кристалах).
Процесори, призначені для роботи однієї копії операційної системи на декількох ядрах, представляють собою високоінтегрованих реалізацію мультипроцессорности.
Двоядерних процесорів включає такі поняття, як наявність логічних та фізичних ядер: наприклад двоядерний процесор Intel Core Duo складається з одного фізичного ядра, яке у свою чергу поділено на два логічних. Процесор Intel Core 2 Quad складається з двох фізичних ядер, кожне з яких у свою чергу поділено на два логічних ядра, що істотно впливає на швидкість його роботи.
10 вересня 2007 були випущені в продаж нативні (у вигляді одного кристала) чотирьохядерні процесори для серверів AMD Opteron, що мали в процесі розробки кодову назву AMD Opteron Barcelona. 19 листопада 2007 вийшов у продаж чотирьохядерний процесор для домашніх комп'ютерів AMD Phenom. Ці процесори реалізують нову мікроархітектуру K8L (K10).
27 вересня 2006 Intel продемонструвала прототип 80-ядерного процесора. Передбачається, що масове виробництво подібних процесорів стане можливо не раніше переходу на 32-нанометровий техпроцес, а це в свою чергу очікується до 2010 року.
26 жовтня 2009 Tilera анонсувала http://ru.wikipedia.org/wiki/% D0% 9F% D1% 80% D0% BE% D1% 86% D0% B5% D1% 81% D1% 81% D0% BE % D1% 80 - cite_note-3 # cite_note-3 100-ядерний процесор широкого призначення серії TILE-Gx. Кожне процесорний ядро являє собою окремий процесор з кешем 1, 2 та 3 рівнів. Ядра, пам'ять і системна шина пов'язані допомогою технології Mesh Network. Процесори виробляються по 40-нм нормам техпроцесу і працюють на тактовій частоті 1,5 Ггц. Випуск 100-ядерних процесорів призначений на початок 2011 року.
На даний момент масово доступні двох-, чотирьох-і шестиядерні процесори, зокрема Intel Core 2 Duo на 65-нм ядрі Conroe (пізніше на 45-нм ядрі Wolfdale) і Athlon 64 X2 на базі мікроархітектури K8. У листопаді 2006 року вийшов перший чотирьохядерний процесор Intel Core 2 Quad на ядрі Kentsfield, що представляє собою збірку з двох кристалів Conroe в одному корпусі. Нащадком цього процесора став Intel Core 2 Quad на ядрі Yorkfield (45 нм), архітектурно схожому з Kentsfield але що має більший обсяг кешу і робочі частоти.
Компанія AMD пішла за власним шляху, виготовляючи чотирьохядерні процесори єдиним кристалом (на відміну від Intel, перші чотирьохядерні процесори якої представляють собою фактично склейку двох двоядерних кристалів). Незважаючи на всю прогресивність такого підходу перший «чотирьохядерник» фірми, який отримав назву AMD Phenom X4, вийшов не надто вдалим. Його відставання від сучасних йому процесорів конкурента становило від 5 до 30 і більше відсотків в залежності від моделі та конкретних завдань.
До 1-2 кварталу 2009 року обидві компанії відновили свої лінійки чотириядерних процесорів. Intel представила сімейство Core i7, що складається з трьох моделей, що працюють на різних частотах. Основними родзинками даного процесора є використання трьохканального контролера пам'яті (типу DDR-3) і технології емулювання восьми ядер (корисно для деяких специфічних завдань). Крім того, завдяки загальної оптимізації архітектури вдалося значно підвищити продуктивність процесора в багатьох типах завдань. Слабкою стороною платформи, що використовує Core i7, є її надмірна вартість, так як для установки даного процесора необхідна дорога материнська плата на чіпсеті Intel X58 і трьохканальний набір пам'яті типу DDR3, що також має на даний момент високу вартість.
Компанія AMD у свою чергу представила лінійку процесорів Phenom II X4. При її розробці компанія врахувала свої помилки: був збільшений об'єм кеша (явно недостатній у першого «Феномен»), а виробництво процесора було переведено на 45 нм техпроцес, що дозволив знизити тепловиділення і значно підвищити робочі частоти. У цілому, AMD Phenom II X4 по продуктивності стоїть врівень з процесорами Intel попереднього покоління (ядро Yorkfield) і дуже значно відстає від Intel Core i7. Однак, беручи до уваги помірну вартість платформи на базі цього процесора, його ринкові перспективи виглядають куди більш райдужно, ніж у попередника.
3. СПІВПРОЦЕСОР
Співпроцесор - спеціалізований процесор, що розширює можливості центрального процесора комп'ютерної системи, але оформлена як окремий функціональний модуль. Фізично співпроцесор може бути окремою мікросхемою або може бути вбудований в центральний процесор (як це робиться у випадку математичного співпроцесора в процесорах для ПК починаючи з Intel 486DX).
Математичний співпроцесор 80x287 в колодці на базовій платі персонального комп'ютера.
Розрізняють такі види співпроцесорів:
математичні співпроцесори загального призначення, зазвичай прискорюють обчислення з плаваючою точкою,
співпроцесори введення-виведення (наприклад - Intel 8089), розвантажують центральний процесор від контролю за операціями введення-виведення або розширюють стандартне адресний простір процесора,
співпроцесори для виконання будь-яких вузькоспеціалізованих обчислень.
Співпроцесори можуть входити в набір логіки, розроблений однією конкретною фірмою (наприклад, Intel випускала в комплекті з процесором 8086 співпроцесори 8087 і 8089) або випускатися стороннім виробником (наприклад, Weitek 1064 для M68k і 1067 для Intel 80286).
Співпроцесор розширює систему інструкцій центрального процесора, тому для його використання, програма (компільовані без інтерпретації та виклику зовнішніх бібліотек) повинна містити ці інструкції. Установки сучасних компіляторів для мов високого рівня під процесори сімейства x86 часто дозволяють вибирати: використовувати математичний співпроцесор чи ні, що особливо важливо при створенні коду, який буде виконуватися всередині обробника апаратного переривання.
4. СТРУКТУРА МІКРОПРОЦЕСОРА
Розробкою мікропроцесорів в Росії займаються ЗАТ «МЦСТ» і НИИС РАН.
НИИС розробляє процесори серії Komdiv на основі архітектури MIPS.
МЦСТ розроблені та впроваджені у виробництво універсальні RISC-мікропроцесори з проектними нормами 130 і 350 нм. Завершено розробку суперскалярного процесора нового покоління Ельбрус. Основні споживачі російських мікропроцесорів - підприємства ВПК.
Історія розвитку мікропроцесора включає наступні етапи:
1998 рік, SPARC-сумісний мікропроцесор з технологічними нормами 500 нм і частотою 80 МГц.
2001 рік, МЦСТ-R150 - SPARC-сумісний мікропроцесор з технологічними нормами 350 нм і тактовою частотою 150 Мгц.
2003 рік, МЦСТ-R500 - SPARC-сумісний мікропроцесор з технологічними нормами 130 нм і тактовою частотою 500 Мгц.
2004 рік, Ельбрус 2000 (E2K) - мікропроцесор нового покоління на повністю замовний технології з технологічними нормами 130 нм і тактовою частотою 300 МГц (авторські права захищені 1970 патентами). E2K має розроблену російськими вченими варіант архітектури явного паралелізму, аналог VLIW / EPIC.
Січень 2005 року. Успішно завершені державні випробування МЦСТ-R500. Цей мікропроцесор з'явився базовим для п'яти нових модифікацій обчислювального комплексу Ельбрус-90мікро, успішно пройшли типові випробування в кінці 2004 року.
На базі МЦСТ-R500 в рамках проекту Ельбрус-90мікро створений мікропроцесорний модуль МВ / C, що фактично є одноплатної ЕОМ.
На базі ядра МЦСТ-R500 розпочато розробку двопроцесорній системи на кристалі (РНК). На кристалі будуть також розміщені всі контролери, які забезпечують її функціонування як самостійної ЕОМ. На базі РНК планується створення сімейств нових малогабаритних переносних обчислювальних пристроїв - ноутбуків, надолонників, GPS-прівязчіков і т. п.
Травень 2005 року - отримані перші зразки мікропроцесора Ельбрус 2000.
4.1 Пристрій управління
Мікропроцесор або мікрокомп'ютер є практично закінченою системою управління. Він має складну архітектуру і представляє собою надвеликих інтегральних схем, виконану, як правило, на одному напівпровідниковому кристалі. Різні типи мікропроцесорів відрізняються типом і розміром пам'яті, набором команд, швидкістю обробки даних, кількістю вхідних та вихідних ліній, розрядністю даних. У найзагальнішому вигляді структурна схема мікропроцесора може мати наступний вигляд (малюнок 1):
Рисунок 1 - Структурна схема мікропроцесора
Центральний процесор (CPU) є обов'язковим вузлом будь-якого мікропроцесорного пристрою, його ядром. У його склад входить: арифметико-логічний пристрій (АЛП); регістр-акумулятор; логічні пристрої управління і синхронізації; внутрішня шина.
Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні або логічні операції над даними, представленими в двійковому або двійково-десятковому коді. Результат виконання операції зберігається у так званому регістрі-акумуляторі. Регістр-акумулятор являє собою комірки оперативної пам'яті, але, на відміну від ОЗУ, обмін інформацією проводиться більш короткими командами, тобто регістр-акумулятор є найбільш швидкодіючим пристроєм пам'яті мікропроцесора.
Пристрій керування та синхронізації застосовується для управління іншими вузлами мікропроцесора, забезпечуючи виконання необхідних завдань у відповідності з програмою, що зберігається в ПЗУ. Вузол синхронізації забезпечує синхронну роботу всіх вузлів за допомогою імпульсів синхронізації та інших управляючих сигналів. До складу пристрою управління і синхронізації входить тактовий генератор і формувач тактових імпульсів. Для генерації імпульсів синхронізації використовується кварцовий генератор, який має зовнішній кварцовий резонатор. Частота тактового генератора визначає швидкодію мікропроцесора.
Зв'язок між різними елементами мікропроцесора здійснюється за допомогою внутрішньої шини. Шина - це група провідників, використовуваних як лінії зв'язку для передачі цифрової інформації. У мікропроцесорі є три основних види шин: це шина даних, адресна шина і шина управління.
Шина даних забезпечує передачу даних між вузлами процесора. Адресна шина використовується для передачі адреси комірки пам'яті з метою отримати дані з постійного запам'ятовуючого пристрою або оперативного запам'ятовуючого пристрою. Шина управління використовується для передачі керуючих сигналів від мікропроцесора до інших елементів системи.
Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ) використовується для зберігання постійної інформації, яка вводиться в нього на етапі виробництва мікропроцесора і не може бути змінена. Це значить, що записані на заводі-виробнику дані зберігаються незмінними при вимиканні харчування мікропроцесора. ПЗУ розташоване на кристалі мікропроцесора і складається з великої кількості вічок. Кожна комірка пам'яті має свій порядковий номер, званий адресою. У цих осередках зберігаються коди команд - це і є керуюча програма, що виконується мікропроцесором під час його роботи. Інформація вводиться в ПЗУ на етапі виготовлення мікропроцесора, а процедура введення цієї інформації називається масковим програмуванням.
Оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) використовується для тимчасового зберігання проміжних даних. Мікропроцесор в процесі роботи може змінювати ці дані. При виключенні живлення інформація, що зберігається тимчасово в ОЗУ, не зберігається.
Пристрій вводу / виводу (інтерфейс вводу / виводу) забезпечує зв'язок з периферійними пристроями - мікросхемами, клавіатурою і ін Підключення до зовнішніх пристроїв здійснюється через спеціальні пристрої, які називаються портами. Вони виконані у вигляді набору двонаправлених ліній. На структурній схемі показаний паралельний 8-розрядний порт (висновки 0 ... 7), який можна конфігурувати різним чином. Послідовний порт можна реалізувати, використовуючи дві лінії паралельного порту - одну для передачі, іншу для прийому необхідних даних. Кількість портів може бути будь-яке і залежить від виконуваних мікропроцесором завдань.
4.2 Мікропроцесорна пам'ять
Мікропроцесорна пам'ять (МПП) - служить для короткочасного зберігання, запису й видачі інформації, безпосередньо використовується в обчисленнях у найближчі такти роботи машини. МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії машини, бо основна пам'ять (ОП) не завжди забезпечує швидкість запису, пошуку й зчитування інформації, необхідну для ефективної роботи швидкодіючого мікропроцесора. Регістри - швидкодіючі комірки пам'яті різної довжини (на відміну від осередків ОП, що мають стандартну довжину 1 байт і більш низьку швидкодію).
4.3 Інтерфейсна частина мікропроцесора
Інтерфейсна система мікропроцесора реалізує сполучення й зв'язок з іншими пристроями ПК; включає в себе внутрішній інтерфейс МП, буферні запам'ятовувальні регістри і схеми управління портами вводу-виводу (ПВВ) і системною шиною. Інтерфейс (interface) - сукупність засобів сполучення і зв'язку пристроїв комп'ютера, що забезпечує їхню ефективну взаємодію. Порт введення-виведення (I / O - Input / Output port) - апаратура сполучення, що дозволяє підключити до мікропроцесора інший пристрій ПК. Генератор тактових імпульсів. Він генерує послідовність електричних імпульсів, частота генеруючих імпульсів визначає тактову частоту машини.
Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи машини або просто такт роботи машини.
Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик персонального комп'ютера і багато в чому визначає швидкість його роботи, бо кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів.
Системна шина. Це основна інтерфейсна система комп'ютера, що забезпечує сполучення й зв'язок всіх його пристроїв між собою. Системна шина включає в себе:
- Кодову шину даних (КШД), що містить проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;
- Кодову шину адреси (КША), що включає проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси комірки основної пам'яті або порту вводу-виводу зовнішнього пристрою;
- Кодову шину інструкцій (КШИ), що містить проведення й схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;
- Шину живлення, що має проведення й схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення. Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:
між мікропроцесором і основною пам'яттю;
між мікропроцесором та портами вводу-виводу зовнішніх пристроїв;
між основною пам'яттю та портами вводу-виводу зовнішніх пристроїв (в режимі прямого доступу до пам'яті).
Всі блоки, а точніше їх порти введення-виведення, через відповідні уніфіковані рознімання (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо або через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему - контролер шини, яка формує основні сигнали управління [7, c. 213]. Обмін інформацією між зовнішніми пристроями та системною шиною виконується з використанням ASCII-кодів.
Основна пам'ять (ОП). Вона призначена для зберігання та оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ВП містить два види запам'ятовувальних пристроїв: постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) і оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП).
ПЗУ служить для зберігання незмінної (постійної) програмної та довідкової інформації, дозволяє оперативно тільки зчитувати зберігається в ньому інформацію (змінити інформацію в ПЗП не можна).
ОЗП призначений для оперативного запису, зберігання й зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК у поточний період часу.
Головними достоїнствами оперативної пам'яті є її висока швидкодія і можливість звертання до кожної комірки пам'яті окремо (прямий адресний доступ до осередку). Як недолік ОЗУ слід відзначити неможливість збереження інформації в ній після вимикання живлення машини (енергозалежність) [5, c. 99].
Таким чином, мікропроцесор являє собою складним чином організовану структуру, кожен елемент якої виконує певну функцію.
ВИСНОВОК
Основні функції визначають призначення ЕОМ: обробка та зберігання інформації, обмін інформацією з зовнішніми об'єктами. Додаткові функції підвищують ефективність виконання основних функцій: забезпечують ефективні режими її роботи, діалог з користувачем, високу надійність і ін Названі функції ЕОМ реалізуються за допомогою її компонентів: апаратних і програмних засобів.
Структура комп'ютера - це деяка модель, що встановлює склад, порядок і принципи взаємодії вхідних у неї компонентів.
Персональний комп'ютер - це настільна або переносна ЕОМ, що задовольняє вимогам загальнодоступності і універсальності застосування. Достоїнствами ПК є:
мала вартість, що знаходиться в межах доступності для індивідуального покупця;
автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов навколишнього середовища;
гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, в побуті;
"Дружність" операційної системи та іншого програмного забезпечення, що зумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки;
висока надійність роботи.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Богумірскій В.С. Керівництво користувача ПК. У 2-х ч. - СПб: Асоціація OILCO, 1992. - 88 c.
Макарова Н.В., Николайчук Г.С., Титова Ю.Ф. Комп'ютерне діловодство. - СПб.: Видавничий дім «Пітер», 2002.
Назаров П.М. Комп'ютерні технології обробки інформації. - М.: Фінанси і статистика, 1995.
Пасько В. П. Word 6.0 для Windows (русифікована версія). - Київ: BHV, 1995.
Під ред. Косарєва В.П., Корольова Ю.М. Економічна інформатика і обчислювальна техніка. - М.: Перспектива, 2000. - 99с.
Під ред. проф. Шуремова Є.Л., доц. Тімакової Н.А., доц. Мамонтової Є.А. Практикум з економічної інформатики. - М.: Перспектива, 2000.
Рассел Борланд. Running Word 6.0 для Windows (Російська редакція). -М.: ТОО Channel Trading Ltd., 1995. - 213 c.