На тему: «Технологии многоядерности центрального процессора»

Курсовой проект

по дисциплине «Микропроцессорные системы»

На тему: «Технологии многоядерности центрального процессора»

 

Выполнил студент

гр. КС-325

Хамидулина К.К.

Проверил

преподаватель

Чехомова М.И.

 

2014 г

Содержание

 

Глава 1. Многоядерность центрального процессора

1.1 История развития центрального процессора

1.2 Структура процессора

1.3 Структура многоядерных процессоров

1.4 Основные проблемы создания многоядерных процессоров

1.5 Преимущества многоядерных процессоров

1.6 Недостатки многоядерных процессоров

Глава 2. Проектирование микропроцессорной системы на базе процессора Intel 8080

2.1 Описание Intel 8080

2.2 Разработка структурной схемы микропроцессорной системы

2.3 Разработка принципиальной схемы микропроцессорной системы

2.4 Разработка блок-схемы алгоритма работы программы

Заключение

Список литературы

Приложение

 

Введение

 

На сегодняшний день процессоры стали частью нашей жизни. Они используются в электронных приборах практически во всех сферах человеческой жизни: в армии, медицине, образовании, коммерческой деятельности, быту и многом другом. В быту процессоры применяются в телевизорах, телефонах, холодильниках. Развитие микропроцессоров увеличивает функциональные и вычислительные возможности электронных приборов. Уменьшающейся размер микропроцессоров позволяет встраивать их в более мелкие приборы, такие как телефоны и планшетные компьютеры, а увеличивающаяся вычислительна мощность процессора позволяет решать более сложные задачи. Для увеличения производительности процессоров используют многоядерные архитектуры.

Цель: познакомиться с технологией многоядерности центрального процессора и спроектировать микропроцессорную систему на базе процессора Intel 8080.

Задачи:

·   проанализировать литературу по данной теме,

·   проанализировать историю развития и перспективы на будущее

·   описать структура процессора;

·   описать структуру многоядерной архитектуры;

·   рассмотреть особенности реализации многоядерной архитектуры;

·   изучить преимущества и недостатки многоядерных процессоров.

Глава 1. Многоядерность центрального процессора.

Структура процессора

 

Процессор, центральное устройство вычислительной машины, выполняющее заданные программой преобразования информации и осуществляющее управление всем вычислительным процессом и взаимодействием устройств вычислительной машины. На рисунке 1 представлена структура процессора (см. Приложение А).

В центре современного центрального микропроцессора находится ядро - кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура. Ядро связано с остальной частью чипа (называемой «упаковка», CPU Package) по

технологии «флип-чип» (flip-chip, flip-chip bonding - перевернутое ядро, крепление методом перевернутого кристалла). Эта технология получила такое название потому, что обращенная наружу - видимая - часть ядра на самом деле является его «дном», - чтобы обеспечить прямой контакт с радиатором кулера для лучшей теплоотдачи. С обратной (невидимой) стороны находится сам «интерфейс» - соединение кристалла и упаковки. Соединение ядра процессора с упаковкой выполнено с помощью столбиковых выводов (Solder Bumps). Ядро расположено на текстолитовой основе, по которой проходят контактные дорожки к «ножкам» (контактным площадкам), залито термическим интерфейсом и закрыто защитной металлической крышкой.

Глава 2. Проектирование микропроцессорной системы на базе процессора Intel 8080.

Описание Intel 8080

 

Intel 8080 - 8-битный микропроцессор, выпущенный компанией Intel <http://ru.wikipedia.org/wiki/Intel> в апреле 1974 года. Представляет собой усовершенствованную версию процессора Intel 8008. По заверениям Intel, этот процессор обеспечивал десятикратный прирост производительности по сравнению с микропроцессором Intel 8008.

Новый процессор выпускался по новейшей тогда 6-микронной NMOS технологии, что позволило разместить на кристалле 6000транзисторов. Процессор, хотя и был построен на архитектуре Intel 8008, но имел множество отличий от своего предшественника, благодаря которым и получил большую популярность. В новом процессоре по сравнению с предшественником была очень развита система команд: 16 команд передачи данных, 31 команда для их обработки, 28 команд для перехода (с прямой адресацией), 5 команд управления. В микропроцессоре Intel 8080 не было команд умножения и деления, и обычно их реализовывали с помощью подпрограмм, хотя Intel предлагала и внешний сопроцессор. Благодаря 16-разрядной адресной шине процессор позволял производить адресацию 64 Кбайт памяти, которая не разделялась на память команд и данных. Хотя процессор и был 8-разрядным и содержал семь 8-битных регистров (A, B, C, D, E, H, L), он имел ограниченные возможности обработки 16-разрядных чисел, для чего регистры объединялись в пары BC, DE, HL. В новом процессоре использовался стек во внешней памяти (в Intel 8008 он был внутренним).

Существует небольшая путаница в обозначениях именно этого процессора. Первоначальный вариант i8080 имел 48-выводный планарный корпус с шагом выводов 1/20 дюйма, максимальную тактовую частоту 2 МГц и одну довольно серьёзную ошибку, которая теоретически могла привести процессор в состояние, из которого он выводился только сигналом reset. Улучшенный вариант 8080А, выпущенный через полгода, имел корпус DIP-40 с шагом выводов 1/10 дюйма, максимальную тактовую частоту 2,5 МГц и эта ошибка в нём была исправлена.

Большинство авторов, используя обозначение 8080, имеют в виду в действительности 8080А.

На базе микропроцессора Intel 8080 фирмой MITS был выпущен «первый в мире миникомпьютерный комплект, который может соперничать с промышленными образцами» (персональный компьютер) Altair-8800, который пользовался невероятно большой по тем временам популярностью (MITS не успевала даже вовремя обрабатывать заказы).

Помимо Altair-8800, микропроцессор Intel 8080 также применялся в устройствах управления уличным освещением и светофорами, а также в другом оборудовании.

 

Структурная схема системы представлена на рисунке 2 (см. Приложение В).

Микропроцессорная система (МПС) состоит из следующих блоков: генератора (Г), микропроцессора (МП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), параллельного программируемого интерфейса (ППИ), цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) программируемого таймера (ПТ), программируемого контроллера прерываний (ПКП).

Генератор (Г) служит для формирования сигналов сброса системы и синхронизации.

МП формирует шину адреса (ША) и шину данных (ШД).

ОЗУ предназначено для хранения промежуточных данных.

ПЗУ предназначена для хранения кода программы и различных констант.

ППИ предназначено для подключения внешних устройств и дискретных датчиков.

ЦАП предназначен для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал.

ПТ предназначен для отсчета определенного интервала времени.

ПКП предназначен для обработки прерываний.

Заключение

В этой курсовой работе рассмотрена структура многоядерных вычислительных комплексов, их преимущества и недостатки и особенности их проектирования.

Для эффективного использования многоядерных систем необходимо распараллеливать процессы, а значить на рынке должны присутствовать приложения поддерживающие многопоточность. Для достижения высокой производительности очень важно, что бы многопоточность поддерживалась в уровне операционной системы.

Также при проектировании многоядерных вычислительных комплексов важно помнить, что многоядерные процессоры выделяют много тепла и нуждаются в более мощном охлаждении.

Одной из проблем является лицензирование продуктов из-за цены, но на сегодняшний день это уже не вызывает столько опасений.

Еще одной рассмотренной проблемой является переход с одноядерных систем на многоядерные. Цель курсового проекта достигнута.

Подводя итоги, хочется подчеркнуть, что многоядерные процессоры плотно вошли в нашу жизнь и в дальнейшем будут развиваться.

 

Список литературы

1. Апокин И.А., Майстров Л.Е. Развитие вычислительных машин. - М.: Наука, 1974.

2. Богданович М.И., Грель И.Н., С.А. Дубина. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - Мн.: Беларусь, Полымя, 1996. - 605 с.

.   Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем. М.: Мир, 1983. - 344 с.

.   Казаринов Ю.М. Применение микропроцессоров и микро ЭВМ в радиотехнических системах, М.: «Высшая школа», 1988 г.

.   Михайлов С.А. Курсовое проектирование по дисциплине «Основы цифровой схемотехники» - Одесса, ОГМА 1993г.

.   Семенов С.П., Горелейченко Л.В, Богачев Э.Ю. Судовые электроизмерительные приборы и информационные системы М: тр-т, 1982-239с.

.   Токхайм Р. Микропроцессоры: Курс и упражнения/Пер. с англ., под ред. В.Н. Грасевича. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 336 с.: ил.

.   Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. - 528 с.: ил.

.   Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.: Энергоиздат, 1990. - 320 с.: ил.

.   Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы, М.: «Радио и связь», 1987 г.

.   Якубовский С.В. Справочник: Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы, М.: «Радио и связь», 1989 г.

 

Приложение А

микропроцессорный ядерный алгоритм

Рисунок 1. Схема процессора.

 

Приложение В

 

Рисунок 2. Структурная схема микропроцессорной системы

 

Приложение С

 

Мнемокод	Комментарий
	Инициализация микропроцессорной системы
LXI SP, 9FFFH	Инициализация указателя стека
MVI A, 9BH	Инициализация ППИ1 DD10
STA A030H
MVI A, 82H	Инициализация ППИ2 DD11
OUT C030H
MVI A, F6H	Инициализация программируемого контроллера прерываний
STA E000H
MVI A, FFH
STA E001H
MVI A, 36H	Инициализация таймера
STA С003H
MVI A, 76H
STA С003H
MVI A, B0H
STA С003H
EI	Разрешение прерываний

Рисунок 3. Текст программы

 

Приложение Е

 

Диапазон адреса	Назначение
0000h-7FFFh	ПЗУ
8000h-9FFFh	ОЗУ
А000h-FFFFh	Внешние устройства

Рисунок 4. Распределение адресного пространства

 

А15	А14	А13	Обозначение	Назначение
0	Х	Х		ПЗУ
1	0	0	RAM	ОЗУ
1	0	1	PPI1	ППИ DD10
1	1	0	PPI2	ППИ DD11
1	1	1	PIC	ПКП

Рисунок 5. Варианты комбинаций адресных линий

 

Приложение D

 

Рисунок 6. Блок-схема подпрограммы опроса датчиков

Курсовой проект

по дисциплине «Микропроцессорные системы»

на тему: «Технологии многоядерности центрального процессора»

 

Выполнил студент

гр. КС-325

Хамидулина К.К.

Проверил

преподаватель

Чехомова М.И.

 

2014 г

Содержание

 

Глава 1. Многоядерность центрального процессора

1.1 История развития центрального процессора

1.2 Структура процессора

1.3 Структура многоядерных процессоров

1.4 Основные проблемы создания многоядерных процессоров

1.5 Преимущества многоядерных процессоров

1.6 Недостатки многоядерных процессоров

Глава 2. Проектирование микропроцессорной системы на базе процессора Intel 8080

2.1 Описание Intel 8080

2.2 Разработка структурной схемы микропроцессорной системы

2.3 Разработка принципиальной схемы микропроцессорной системы

2.4 Разработка блок-схемы алгоритма работы программы

Заключение

Список литературы

Приложение

 

Введение

 

На сегодняшний день процессоры стали частью нашей жизни. Они используются в электронных приборах практически во всех сферах человеческой жизни: в армии, медицине, образовании, коммерческой деятельности, быту и многом другом. В быту процессоры применяются в телевизорах, телефонах, холодильниках. Развитие микропроцессоров увеличивает функциональные и вычислительные возможности электронных приборов. Уменьшающейся размер микропроцессоров позволяет встраивать их в более мелкие приборы, такие как телефоны и планшетные компьютеры, а увеличивающаяся вычислительна мощность процессора позволяет решать более сложные задачи. Для увеличения производительности процессоров используют многоядерные архитектуры.

Цель: познакомиться с технологией многоядерности центрального процессора и спроектировать микропроцессорную систему на базе процессора Intel 8080.

Задачи:

·   проанализировать литературу по данной теме,

·   проанализировать историю развития и перспективы на будущее

·   описать структура процессора;

·   описать структуру многоядерной архитектуры;

·   рассмотреть особенности реализации многоядерной архитектуры;

·   изучить преимущества и недостатки многоядерных процессоров.