Число операций выполняемых микропроцессором персонального компьютера

Число операций выполняемых микропроцессором персонального компьютера

МИКРОПРОЦЕССОРЫ. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

  1. чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
  2. чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
  3. прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
  4. обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
  5. выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

  • формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
  • формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
  • получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:

  • внутренний интерфейс микропроцессора;
  • буферные запоминающие регистры;
  • схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)

К микропроцессору и системной шине наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления тригонометрических функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз. Модели микропроцессора, начиная с МП 80486 DX, включают математический сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие компьютера.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств, освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.

Прерывание — это временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в микропроцессор.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

    1. микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;
    2. микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
    3. микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим ко мандным словом;
    4. микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

    Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:

    Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

    Читайте также:  Что происходит с ростелекомом сегодня

    Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

    1. чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
    2. чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
    3. прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
    4. обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
    5. выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

    В состав микропроцессора входят следующие устройства.

    1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

    2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

      • формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
      • формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
      • получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

    3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

    4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:

      • внутренний интерфейс микропроцессора;
      • буферные запоминающие регистры;
      • схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)

    К микропроцессору и системной шине наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

    Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления тригонометрических функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз. Модели микропроцессора, начиная с МП 80486 DX, включают математический сопроцессор в свою структуру.

    Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие компьютера.

    Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств, освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.

    Прерывание — это временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в микропроцессор.

    Все микропроцессоры можно разделить на группы:

      1. микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;
      2. микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
      3. микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;
      4. микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

      Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:

      1. тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц;
      2. разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера; ………
      Читайте также:  Полезные штучки с алиэкспресс

      ВНУРЕННЯЯ ПАМЯТЬ ПК

      Память компьютера (Memory)— устройство для запоминания данных. В зависимости от характера использования различают внутреннюю или внешнюю память.

      Оперативная память(ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.

      Объём хранящейся информации в ОЗУ составляет от 32 до 512 Мбайт и более. Занесение информации в память и её извлечение, производится по адресам. Каждый байт ОП имеет свой индивидуальный адрес (порядковый номер). Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП.

      Кеш память— очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости.

      Специальная— постоянная, Fiash, видеопамять и тд.

      Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)– энергонезависимая память для хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Важнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память. Это Неразрушимая память, которая не изменяется при выключении питания

      Перепрограммируемая постоянная память(Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого

      CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) — память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, о режимах его работы. Содержимое изменяется программой, находящейся в BIOS (Basic Input Output System).

      Видеопамять– запоминающее устройство, расположенное на плате управления дисплеем и предназначенное для хранения текстовой и графической информации, отображаемой на экране. Содержимое этой памяти сразу доступно двум устройствам – процессору и дисплею, что позволяет изменять изображение на экране одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

      ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ ПК

      Внешняя память — это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер

      Дисковод(накопитель) — устройство записи/считывания информации. Накопители имеют собственное имя – буква латинского алфавита, за которой следует двоеточие. Для подключения к компьютеру одного или несколько дисководов и управления их работой нужен Дисковый контроллер

      Носитель информации (носитель записи) – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды

      По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:

      Устройства прямого (произвольного) доступа – время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;

      Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует

      В состав внешней памяти входят:1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); 2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); 3) накопители на магнитооптических компакт дисках; 4) накопители на оптических дисках (CD-ROM); 5) накопители на магнитной ленте и др.

      Читайте также:  В телефоне пропал интернет как настроить

      Микропроцессор (Central Processing Unit – CPU) – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших или сверхбольших интегральных схем.

      Микропроцессор выполняет следующие функции:

      ■ обработка машинных команд (вычисление адресов команд и операндов; выборка и дешифрация команд из основной памяти; выборка данных из оперативной памяти, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств; прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств; обработка данных и их запись в основную память, регистры МПП и регистры адаптеров внешних узлов);

      ■ выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

      Основными параметрами микропроцессоров являются: разрядность, рабочая тактовая частота, виды и размер кэш-памяти, состав инструкций, конструктив, энергопотребление, рабочее напряжение и др. Разрядность микропроцессора связана с разрядностью шины данных и разрядностью шины адреса. Если разрядность шины данных определяет число разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции, то разрядность шины адреса – адресное пространство, т.е. максимальное число ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцесору. Рабочая тактовая частота микропроцессора, системная плата и тактовая частота ее шины, наличие кэш-памяти в совокупности определяют быстродействие (производительность) ПК. Кэш-память, устанавливаемая на плате микропроцессора, имеет два уровня: L1 – память первого уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) и работающая всегда на полной частоте, и L2 – память второго уровня, отдельный кристалл, размещаемый на плате и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной, который работает на полной или половинной частоте микропроцессора.

      Для микропроцессоров определенной модификации существует фиксированный набор инструкций (микропроцессорных команд), состав которых определяет классы микропроцессоров:

      ■ CISC (Complex Instruction Set Command) – с набором системы полных команд;

      ■ RISC (Reduced Instruction Set Command) – с набором системы усеченных команд;

      ■ VLIW (Very Length Instruction Word) – со сверхдлинным командным словом.

      Число элементов – это количество элементарных полупроводниковых переходов, размещенных в интегральной схеме микропроцессора.

      Технология изготовления компьютерных элементов характеризуется их размером в микронах (микронная технология). Микропроцессоры 80286 и выше поддерживают конвейерное выполнение команд – одновременное выполнение разных тактов последовательных команд в разных частях его при непосредственной передаче результатов из одной части в другую и обеспечивают рост производительности, возможность работы в вычислительной сети и многозадачной работы, защиту памяти. Микропроцессоры 486DX и выше имеют встроенный математический сопроцессор, могут работать с умножением внутренней частоты. С увеличенной частотой работают только внутренние схемы микропроцессора, все внешние по отношению к нему схемы, в том числе расположенные на системной плате, работают на обычной частоте.

      Выделяют два основных режима работы микропроцессоров класса CISC:

      • 1) реальный (однозадачный) – Real Address Mode, одновременно выполняется только одна программа, могут непосредственно адресоваться только (1024 + 64) Кбайт основной памяти ПК (расширенная память доступна при подключении специальных драйверов);
      • 2) защищенный (многозадачный) – Protected Virtual Address Mode, одновременно выполняется несколько программ, обеспечена непосредственная адресация и прямой доступ (без дополнительных драйверов) к расширенной основной памяти (16 Мбайт для процессора 286; 4 Гбайт для процессоров 386, 486, Celeron; 128 Гбайт для Pentium Xeon и 64 Гбайт для остальных процессоров Pentium, при страничной организации памяти –16 Тбайт виртуальной памяти).
      Ссылка на основную публикацию
      Adblock detector