Your SlideShare is downloading. ×
  • Like
  • Save
025
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Now you can save presentations on your phone or tablet

Available for both IPhone and Android

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply
Published

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
25
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1

Actions

Shares
Downloads
0
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. Микропроцессоры
  • 2. Центра́льный проце́ссор (ЦП; CPU — англ.céntral prócessing únit, дословно —центральное вычислительноеустройство) — процессормашинных инструкций, частьаппаратного обеспечения компьютера илипрограммируемого логического контроллера, отвечающая завыполнениеАрифметических операций,заданных программамиоперационной системы, икоординирующий работувсех устройств компьютера.
  • 3. Большинство современных процессоров для ПК основаныверсии циклического процесса последовательнойобработки информации, изобретённогоДжоном фон Нейманом.Этапы цикла выполнения:1) Процессор выставляет число, хранящееся в регистресчётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памятикоманду чтения;2) Выставленное число является для памяти адресом;память, получив адрес и команду чтения, выставляетсодержимое, хранящееся по этому адресу, нашину данных, и сообщает о готовности;3) Процессор получает число с шины данных,интерпретирует его как команду (машинную инструкцию)из своей системы команд и исполняет её;4) Если последняя команда не является командой перехода,процессор увеличивает на единицу (в предположении,что длина каждой команды равна единице) число,хранящееся в счётчике команд; в результате тамобразуется адрес следующей команды;5) Снова выполняется п. 1.
  • 4. Команды центрального процессора являются нижнимуровнем управления компьютером, поэтомувыполнение каждой команды неизбежно ибезусловно. Не производится никакой проверки надопустимость выполняемых действий, в частности,не проверяется возможная потеря ценных данных.Чтобы компьютер выполнял только допустимыедействия, команды должны быть соответствующимобразом организованы в виде необходимойпрограммы.Скорость перехода от одного этапа цикла к другомуопределяется тактовым генератором. Тактовыйгенератор вырабатывает импульсы, служащиеритмом для центрального процессора. Частотатактовых импульсов называется тактовой частотой.
  • 5. Конвейерная архитектураКонвейерная архитектура (pipelining) введена в CPUдля повышения быстродействия. Обычно длявыполнения каждой команды требуетсяосуществить несколько однотипных операций.Каждую из операций сопоставляют одной ступениконвейера. Конвейер микропроцессора сархитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:• получение и декодирование инструкции (Fetch)• адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memoryaccess)• выполнение арифметических операций (ArithmeticOperation)• сохранение результата операции (Store)
  • 6. После освобождения k-й ступени конвейера она сразуприступает к работе над следующей командой. Еслипредположить, что каждая ступень конвейера тратитединицу времени на свою работу, то выполнение командына конвейере длиной в n ступеней займёт n единицвремени, однако в самом оптимистичном случае результатвыполнения каждой следующей команды будет получатьсячерез каждую единицу времени.Факторы, снижающие эффективность конвейера:• простой конвейера, когда некоторые ступени неиспользуются;• ожидание: если следующая команда использует результатпредыдущей, то последняя не может начать выполнятьсядо выполнения первой;• очистка конвейера при попадании в него командыперехода.Современные процессоры имеют более 30 ступеней вконвейере, что увеличивает производительностьпроцессора, однако приводит к большому времени простоя
  • 7. • MIPS (англ. Microprocessor without InterlockedPipeline Stages — «микропроцессор безблокировок в конвейере[1]») — семействоRISC-микропроцессоров, разработаноекомпанией MIPS Technologies. АрхитектураMIPS использовалась в старых компьютерахSGI, а также во встроенных системах и вигровых консолях Nintendo 64, SonyPlayStation, Sony PlayStation 2 и Sony PSP.• Суперскалярная архитектураСпособность выполнения несколькихмашинных инструкций за один тактпроцессора. Появление этой технологиипривело к существенному увеличениюпроизводительности.
  • 8. CISC-процессорыCISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — концепцияпроектирования процессоров, которая характеризуетсяследующим набором свойств:• Нефиксированным значением длины команды.• Исполнение операций, таких как загрузка в память,арифметические действия кодируется в одной инструкции.• Небольшим числом регистров, каждый из которыхвыполняет строго определённую функцию.Типичными представителями являются процессоры на основеx86 команд (исключая современные Intel Pentium 4, PentiumD, Core, AMD Athlon, Phenom которые являютсягибридными).Complex Instruction Set Computing — вычисления со сложнымнабором команд. Процессорная архитектура, основаннаяна усложнённом наборе команд
  • 9. RISC-процессорыReduced Instruction Set Computing (technology) — вычисления ссокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построеннаяна основе сокращённого набора команд. Концепция RISC разработанаДжоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придуманоДэвидом Паттерсоном (David Patterson).Самая распространённая реализация этой архитектуры представленапроцессорами серии PowerPC, включая G3, G4 и G5. Довольноизвестная реализация данной архитектуры — процессоры серий MIPSи Alpha.Характерные особенности RISC-процессоров:• Фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) ипростой формат команды.• Одна инструкция выполняет только одну операцию с памятью —чтение или запись. Операции вида «прочитать-изменить-записать»отсутствуют.• Большое количество регистров общего назначения (32 и более).
  • 10. MISC-процессорыMinimum Instruction Set Computing — вычисления сминимальным набором команд. Дальнейшееразвитие идей команды Чака Мура, которыйполагает, что принцип простоты, изначальный дляRISC процессоров, слишком быстро отошёл назадний план. В пылу борьбы за максимальноебыстродействие, RISC догнал и перегнал многиеCISC процессоры по сложности. Архитектура MISCстроится на стековой вычислительной модели сограниченным числом команд (примерно 20–30команд).
  • 11. Многоядерные процессорыСодержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (наодном или нескольких кристаллах).Процессоры, предназначенные для работы одной копииоперационной системы на нескольких ядрах, представляютсобой высокоинтегрированную реализацию системы «Мультипроцессор».На данный момент массово доступны процессоры с двумяядрами, в частности Intel Core 2 Duo на ядре Conroe иAthlon64X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборкуиз двух кристаллов Conroe в одном корпусе.10 сентября 2007 года были выпущены в продажучетырёхьядерные процессоры для серверов AMDQuad-Core Opteron, имевшие в процессе разработкикодовое название AMD Opteron Barсelona. 19 ноября 2007вышел в продажу четырёхьядерный процессор длядомашних компьютеров AMD Quad-Core Phenom. Этипроцесоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).
  • 12. Параллельная архитектураАрхитектура фон Неймана обладает недостатком, онапоследовательная. Какой бы огромный массив данных нитребовалось обработать, каждый его байт должен будетпройти через центральный процессор, даже если над всемибайтами требуется провести одну и ту же операцию. Этотэффект называется узким горлышком фон Неймана.Для преодоления этого недостатка предлагались ипредлагаются архитектуры процессоров, которыеназываются параллельными. Параллельные процессорыиспользуются в суперкомпьютерах.Возможные варианты параллельной архитектуры :• SISD — один поток команд, один поток данных;• SIMD — один поток команд, много потоков данных;• MISD — много потоков команд, один поток данных;• MIMD — много потоков команд, много потоков данных
  • 13. Основные характеристикиТа́ктовая частота́ — частота синронизирующих импульсовсинхронной электронной схемы, то есть количествосинхронизирующих тактов, поступающих извне на входсхемы за секунду.Разрядность - Параметр, отражающий количествоодновременно отрабатываемых Электронным устройством(счётным или отображающим) разрядов (Цифр).Кэш (англ. cache) — промежуточный буфер с быстрымдоступом, содержащий копию той информации, котораяхранится в памяти с менее быстрым доступом, но снаибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена.Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборкаисходных данных из медленной памяти или ихперевычисление, что делает среднее время доступакороче.
  • 14. История развития процессоровПервым общедоступным микропроцессором был 4-разрядныйIntel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всехсовременных настольных процессоров. Но из-зараспространённости 8-разрядных модулей памяти былвыпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти.Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре80286 появился защищённый режим с 24-битнойадресацией, позволявший использовать до 16 МБ памяти.Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёсулучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию,позволившую использовать до 4 ГБ оперативной памяти иподдержку механизма виртуальной памяти. Эта линейкапроцессоров построена нарегистровой вычислительной модели. Параллельноразвиваются микропроцессоры, взявшие за основустековую вычислительную модель.
  • 15. Современная технологияизготовленияВ современных компьютерах процессоры выполнены в видекомпактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см)вставляющегося в zif-сокет. Большая часть современныхпроцессоров реализована в виде одногополупроводникового кристалла, содержащего миллионы, ас недавнего времени даже миллиарды транзисторов.В начале 70-х годов ХХ века благодаря прорыву в технологиисоздания БИС и СБИС (больших и сверхбольшихинтегральных схем), микросхем, стало возможнымразместить все необходимые компоненты ЦП в одномполупроводниковом устройстве. Появились такназываемые микропроцессоры. Сейчас словамикропроцессор и процессор практически сталисинонимами, но тогда это было не так, потому что обычные(большие) и микропроцессорные ЭВМ мирнососуществовали ещё по крайней мере 10-15 лет, и только вначале 80-х годов микропроцессоры вытеснили своихстарших собратьев
  • 16. Первый микропроцессор Intel 4004 былпредставлен 15 ноября 1971 годакорпорацией Intel. Он содержал 2300транзисторов, работал на тактовой частоте108 кГц и стоил 300$.
  • 17. За годы существования технологиимикропроцессоров было разработано множестворазличных их архитектур. Многие из них (вдополненном и усовершенствованном виде)используются и поныне. Например Intel x86,развившаяся вначале в 32 бит IA32 а позже в 64бит x86-64. Процессоры архитектуры x86 вначалеиспользовались только в персональныхкомпьютерах компании IBM (IBM PC), но внастоящее время всё более активно используютсяво всех областях компьютерной индустрии, отсуперкомпьютеров до встраиваемых решений.Также можно перечислить такие архитектуры какAlpha, Power, SPARC, PA-RISC, MIPS (RISC —архитектуры) и IA-64 (EPIC — архитектура).Большинство процессоров используемых внастоящее время являются Intel-совместимыми,т. е. имеют набор инструкций и пр., как процессорыкомпании Intel.
  • 18. Наиболее популярные процессоры сегодняпроизводят фирмы Intel, AMD и IBM. Средипроцессоров от Intel: 8086, i286 (в русскомкомпьютерном сленге называется «двойка»,«двушка»), i386 («тройка», «трёшка»), i486(«четвёрка»), Pentium (i586)(«пень», «пенёк»,«второй пень», «третий пень» и т. д. Наблюдаетсятакже возврат названий: Pentium III называют«тройкой», Pentium 4 — «четвёркой»), Pentium II,Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium),Pentium 4, Core 2 Duo, Xeon (серия процессоровдля серверов), Itanium и др. AMD имеет в своейлинейке процессоры Amx86 (сравним с Intel 486),Duron, Sempron (сравним с Intel Celeron), Athlon,Athlon 64, Athlon 64 X2, Opteron и др.