Глава 8. Микропроцессоры

После изучения главы студент должен знать:

• назначение микропроцессоров (МП) и их основные функции,

• классификацию микропроцессоров,

• основные характеристиками МП,

• МП CISC фирмы Intel, в том числе и новейшие многоядерные МП семейства Core,

• эффективные технологии, используемые в МП,

• структурную схему МП,

• уровни КЭШ памяти, устанавливаемой на МП,

• функциональные схемы и назначение:

• устройства управления (УУ),

• арифметико-логического устройства (АЛУ),

• микропроцессорной памяти (МПП).

Микропроцессор 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 сигналов для всех узлов и блоков ПК;

• переход к следующей команде.

Основными параметрами микропроцессоров являются: разрядность; рабочая тактовая частота; виды и размер кэш-памяти; состав инструкций; конструктив; энергопотребление; рабочее напряжение.

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, поскольку каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП.

Кэш-память, устанавливаемая в МП, имеет два уровня:

L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэшL1 был введен в МП i86 и у МП i386SLC).

L2 — память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium Pro). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП.

Состав инструкций — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW).

Конструктив — это те физические разъемные соединения, которые используются для установки МП, и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разъемы имеют разную конструкцию (Slot — щелевой разъем, Socket — разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются сигналы и рабочее напряжение.

Рабочее напряжение также является фактором пригодности материнской платы для установки МП.

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году компанией Intel (США) — МП 4004. В настоящее время разными фирмами (AMD, VIA Apollo, IBM и другими) выпускается много десятков различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры компании Intel и Intel-подобные. В дальнейшем подробнее рассмотрим именно их.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

• CISC (Complex Instruction Set Command) с системой полных команд;

• RISC (Reduced Instruction Set Command) с системой усеченных команд;

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