Тенденции развития микропроцессоров.

Основные тенденции развития производства МП сводятся к следующему: постоянному сближению структур МП и микроЭВМ, которое выражается в том, что на кристаллах кроме микропроцессорных размещаются схемы запоминающих устройств (постоянного и с произвольной выборкой), таймеров, интерфейсов памяти и ввода-вывода.

Такая возможность появляется в связи с совершенствованием технологии изготовления МП, позволяющей довести плотность размещения до 100000 элементов на кристалл; расширению возможности использования МП для управления периферийными устройствами, в том числе для управления строго определенными устройствами.

Основными тенденциями развития микроЭВМ являются: оснащение микроЭВМ все большим набором периферийных устройств, возможность подключения их к каналам связи, сближение микро- и мини-ЭВМ по функциональным возможностям;

Рассмотрим основные направления развитие микропроцессоров.

1. Повышение тактовой частоты.

Для повышения тактовой частоты при выбранных материалах используются: более совершенный технологический процесс с меньшими проектными нормами; увеличение числа слоев металлизации; более совершенная схемотехника меньшей каскадности и с более совершенными транзисторами, а также более плотная компоновка функциональных блоков кристалла.

2. Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти.

Общая тенденция увеличения размеров кэш-памяти реализуется по-разному:

· внешние кэш-памяти данных и команд с двухтактовым временем доступа объемом от 256 Кбайт до 2 Мбайт со временем доступа 2 такта в HP PA-8000;

· отдельный кристалл кэш-памяти второго уровня, размещенный в одном корпусе в Pentium Pro;

· размещение отдельных кэш-памяти команд и кэш-памяти данных первого уровня объемом по 8 Кбайт и общей для команд и данных кэш-памяти второго уровня объемом 96 Кбайт в Alpha 21164.

Наиболее используемое решение состоит в размещении на кристалле отдельных кэш-памятей первого уровня для данных и команд с возможным созданием внекристальной кэш-памяти второго уровня

3. Увеличение количества параллельно работающих исполнительных устройств.

Каждое семейство микропроцессоров демонстрирует в следующем поколении увеличение числа функциональных исполнительных устройств и улучшение их характеристик, как временных (сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение длительности каждой ступени), так и функциональных (введение ММХ-расширений системы команд и т.д.).

В настоящее время процессоры могут выполнять до 6 операций за такт. Однако число операций с плавающей точкой в такте ограничено двумя для R10000 и Alpha 21164, а 4 операции за такт делает HP PA-8500.

4. Системы на одном кристалле и новые технологии.

В настоящее время получили широкое развитие системы, выполненные на одном кристалле - SOC (System On Chip). Сфера применения SOC - от игровых приставок до телекоммуникаций. Такие кристаллы требуют применения новейших технологий.

Основной технологический прорыв в области SOC удалось сделать корпорации IBM, которая в 1999 году смогла реализовать сравнительно недорогой процесс объединения на одном кристалле логической части микропроцессора и оперативной памяти. В новой технологии, в частности, используется так называемая конструкция памяти с врезанными ячейками (trench cell). В этом случае конденсатор, хранящий заряд, помещается в некое углубление в кремниевом кристалле. Это позволяет разместить на нем свыше 24 тыс. элементов, что почти в 8 раз больше, чем на обычном микропроцессоре, и в 2-4 раза больше, чем в микросхемах памяти для ПК. Следует отметить, что хотя кристаллы, объединяющие логические схемы и память на одном кристалле, выпускались и ранее, например, такими фирмами, как Toshiba, Siemens AG и Mitsubishi, подход, предложенный IBM, выгодно отличается по стоимости. Причем ее снижение никоим образом не сказывается на производительности.

Использование новой технологии открывает широкую перспективу для создания более мощных и миниатюрных микропроцессоров и помогает создавать компактные, быстродействующие и недорогие электронные устройства: маршрутизаторы, компьютеры, контроллеры жестких дисков, сотовые телефоны, игровые и Интернет-приставки.

 

Архитектура ПЭВМ

Архитектура ПК - это совокупность аппаратных и программных средств ПК, а также система взаимодействия их, обеспечивающая функционирование ПК.

Основные особенности архитектуры ПК- открытость и модульность.

Открытость означает возможность замены отдельных компонентов ПK их более совершенными версиями, а также возможность подключения новых устройств к компьютеру с целью расширения его возможностей.

Все компоненты компьютера оформлены в виде законченных конструкций – модулей,имеющих стандартные размеры и стандартные средства соединения с ЭВМ. Они не связаны жестко, в единое неразъемное устройство: предусмотрена возможность быстрого подсоединения и отсоединения любого из них к ПK.

Кроме того, в любой ЭВМ подобного типа используется стандартный набор основных модулей, при любой её модификации.

 

Состав ПК

Персональный компьютер - универсальная ЭВМ, предназначенная для индивидуального пользования. Обычно ПК проектируется на основе принципа открытой архитектуры. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существуетпонятие базовой конфигурацииПК, которую считают типовой. Понятие базовойконфигурации можетменяться, в настоящее время в нее входят 4 устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

1) Системный блок представляетсобой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними,а устройства, подключаемые к нему снаружи – внешними(периферийные) - этодополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных.

Внутренние устройства системного блока:

Материнская плата

Жесткий диск

3. Дисководы гибких дисков

4. Дисковод компакт-дисков: CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD

5. Адаптеры: видеоадаптер, звуковая плата, сетевая плата и др.

Порты ввода-вывода

Блок питания

1. Материнская плата - основная плата ПК. На ней размещаются:

Процессор (CPU) – основная микросхема, котораяпроизводит все арифметические и логические операции, осуществляет управление всем процессом решения задачи по заданной программе, т.е. является главным компонентом компьютера. Процессоры выполнены в виде одной микросхемы и поэтому называются также микропроцессорами. Тип ПК определяется типом процессора.

Главные характеристики процессора:

1) Разрядность процессора показывает, сколько двоичных разрядов(бит) информации обрабатывается за один такт (время выполнения одной элементарной операции) – 8, 16, 32 (в старых моделях) или 64.

2) Тактовая частота показывает, сколько элементарных операций (тактов) процессор выполняет в течение одной секунды.Чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее он работает. Единица измерениятактовой частоты - мегагерц (МГц).

Оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен. Объем памяти в современном ПК от 128 Мбайт и выше.

Постоянная память (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода - вывода (BIOS). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.

Энергозависимая память CMOS её содержимое не стирается во время выключения ПК (отличие от оперативной памяти) и в неё можно вносить и изменять данные самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Быстрая память (сверхоперативная, КЭШ-память) используется для ускорения операций в памяти ПК. В КЭШ-память записывается часть информации из ОЗУ, с которой процессор работает в данный момент времени (буферная область). Создана для того, чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти.

Системная шина – система объединенных проводников для передачи информации между подключёнными к ней устройствами ПК. По шине передаётся информация трёх типов: адреса, адреса данных, команды.

2. Жесткий диск (винчестер) - основное устройство для долговременного хранения больших объемов информации, представляет собой группу основных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Основными параметрами жестких дисков являются емкость и производительность.

3. Дисководы на гибких магнитных дисках (накопители нагибких магнитных дисках (НГМД) представляют собой ЗУ, в которых носителями информации являются сменные магнитные диски (дискеты), которые вставляются в специальный накопитель - дисковод.

Назначение: обмен информацией между компьютерами: сохранение данных вне компьютера, создание архивов данных, и в частности архивных копий текстов и программ, записанных на винчестере. В настоящее время используются обычные гибкие диски и флоптические гибкие диски.