Микропроцессор: назначение и область применения

Микропроцессоры и их применение

Микропроцессоры незаменимы в современной технике. Например, управление двигателем – обеспечение экономии расхода топлива, ограничение максимальной скорости движения, контроль исправности и т. д. – немыслимо без использования микропроцессоров. Еще одной перспективной сферой их использования является бытовая техника – применение микропроцессоров придает ей новые потребительские качества.

Из многочисленных и разнообразных областей применения микропроцессоров (МП) и микроЭВМ одно из первых мест по объему и использованию занимают микропроцессорные системы – объектно-ориентированные вычислительные системы, например, для управления, диагностики, цифровой обработки сигналов и изображения.

В микропроцессорных системах особенно эффективно проявляется такое важное свойство микропроцессоров, как встраиваемость, возможность приблизить вычислительную технику непосредственно к объекту измерений, управления, обработки информации или диагностики.

Основные задачи, которые могут решаться с помощью микропроцессорных систем, следующие:

– управление сложным технологическим процессом или техническим объектом по заданным алгоритмам;

– цифровая обработка сигналов непосредственно на месте расположения источника сигналов;

– обработка изображения – фильтрация, повышение четкости, выделение контуров, масштабирование и т.п. в системах технического зрения в промышленных роботах, в системах радиолокации, в системах наблюдения, навигации и т.п;

– адаптация автоматических систем измерения, управления, прогнозирования к изменяющимся условиям;

– создание гибких перестраиваемых систем управления, цифровой обработки сигналов и изображения;

– накопление и предварительная обработка информации;

– создание многофункциональных приборов, расширение возможностей существующих приборов;

– создание «интеллектуальных» приборов и систем, повышение уровня интеллекта существующих приборов и аппаратов;

– осуществление самодиагностики и тестирования аппаратуры.

Возможность реализации этих функций в микропроцессорных системах в совокупности с достижениями электроники и средств связи, развитием математических методов обработки сигналов при измерениях и разработкой соответствующего программного обеспечения создала необходимые предпосылки для появления новых поколений микропроцессорных систем и аппаратуры, обладающих следующими возможностями:

– полной автоматизацией всех видов обработки информации, объединением и координацией всех предусмотренных системой функций;

– наращиванием состава системы и расширением ее функций благодаря магистрально-модульной структуре построения и развитию программного обеспечения;

– разнообразием алгоритмов и методов измерений;

– децентрализацией выполняемых задач по функциональному, организационному и территориальному признакам, наличием средств искусственного интеллекта, возможности обучения системы, ее адаптации и оптимизации;

– высокой надежностью и функциональной безотказностью благодаря средствам самодиагностики и тестирования, а также гибкости управления системой;

– возможностью сопряжения с другими вычислительными системами.

Для практической реализации вышеперечисленных задач необходимо комплексное решение научных, технических и технологических вопросов, связанных с созданием и развитием аппаратных и программных средств, методов математического моделирования сложных процессов и технических объектов, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), интерфейсных БИС и других электронных компонентов, с использованием современных средств связи и, наконец, с подготовкой кадров, способных грамотно решать поставленные задачи.

Области применения микропроцессоров

Применение цифровых устройств

В настоящее время, в связи с созданием и широким внедрением в инженерную практику микропроцессорных устройств и систем, не ослабевает и вновь стимулируется интерес к цифровым методам обработки и передачи информации. Названные методы, в свою очередь, придают системам ряд положительных свойств и качеств. Повышается верность передаваемой информации, достигается высокая скорость и производительность систем обработки информации, обеспечивается приемлемая их стоимость, высокая надёжность, малое потребление энергии и т. д.

Решаемые этими системами задачи весьма разнообразны и предопределяют функции устройств, образующих конкретную систему. Поэтому устройства и их функции целесообразно рассматривать именно в свете тех задач, которые решаются системами и, в частности, тех подзадач, которые выполняются отдельными устройствами либо блоками.

Основными типовыми задачами, возникающими при автоматическом или автоматизированном управлении и контроле производственными или иными процессами, являются:

* сборинформации (её получение);

· преобразование информации (масштабирование, нормализация, фильтрация, кодирование и т. д.);

* передача-приём информации;

* обработка и использование информации;

* хранениеинформации.

В зависимости от целевого назначения и основных функций различают:

Системы автоматического (либо автоматизированного) управления и контроля.

Системы передачи информации.

Системы обработки информации (вычислительные системы).

Чтобы уяснить взаимосвязь указанных задач, место и роль электронных цифровых устройств, используемых в названных системах, рассмотрим обобщённые структурные схемы этих систем и функциональное назначение их составных частей.

При построении различных микропроцессорных систем учету подлежат различные технические и производственно-технологические факторы, влияющие на эффективность использо-вания систем в аппаратуре. Состав аппаратуры МПС должен обес-печивать:
– простое наращивание разрядности и производительности,
– возможность широкого распараллеливания вычислитель-ного процесса,
– эффективную обработку алгоритмов решения различных задач,
– простоту технической и математической эксплуатации.
Сама МПС, будучи оснащенной разнообразными устройст-вами ввода – вывода (УВВ) информации, может применяться в ка-честве законченного изделия. Однако часто к МПС необходимо подавать сигналы от множества измерительных датчиков и испол-нительных механизмов какого – либо сложного объекта управле-ния или технологического процесса. В этом случае уже образуется сложная вычислительная система, центром которой является МП.
Простые в архитектурном исполнении микропроцессоры применяются для измерения временных интервалов, управления простейшими вычислительными операциями (в калькуляторах), работой кино-, фото-, радио- и телеаппаратуры. Они используются в системах охранной и звуковой сигнализации, приборах и уст-ройствах бытового назначения. Бурно развивается производство электронных игр с использованием микропроцессоров. Они поро-ждают не только интересные средства развлечения, но и дают воз-можность проверять и развивать приемы логических заключений, ловкость и скорость реакции.
Видеоигры можно отнести к приложениям, требующим использования компьютеров с ограниченным набором функций. Сегодня игровые приставки потребляют наибольшее количество, если не считать ПК, 32 – разрядных микропроцессоров. Наиболь-шее применение здесь получили МП Intel, Motorola. В устройстве PlayStation фирмы Sony используется 32 – разрядный процессор MIPS, а в видеоприставке Nintendo 64 — даже 64 – разрядный чип того же производителя. Продукты компании Sega с видеоиграми Saturn и Genesis вывели RISC – процессоры серии SH фирмы Hi-tachi на третье место в мире по объему продаж среди 32 – разряд-ных систем.
Хорошие перспективы сулит 32 – разрядным процессорам рынок персональных электронных секретарей (PDA) и эле-ктронных органайзеров. Современные электронные органайзеры – яркий пример интегрированных приложений, ведь для них прак-тически не существует независимых поставщиков программного обеспечения. С другой стороны, PDA типа Newton фирмы Apple, по сути, не что иное, как новая вычислительная платформа, буду-щее которой зависит от разработчиков программного обеспечения (ПО).
До настоящего времени успехом среди электронных органай-зеров пользуются устройства с ограниченным набором функций. Тем не менее, дальнейшее совершенствование технологии может вывести эти «ручные» компьютеры в абсолютные лидеры, кото-рые по объемам продаж в натуральном выражении должны обойти ПК.
Важной функцией МП является предварительная обработ-ка информации с внешних устройств (ВУ), преобразования форма-тов данных, контроллеров электромеханических внешних уст-ройств. В аппаратуре МП дает возможность производить контроль ошибок, кодирование – декодирование информации и управлять приемо-передающими устройствами. Их применение позволяет в несколько раз сократить необходимую ширину телевизионного и телефонного каналов, создать новое поколение оборудования свя-зи.
Использование МП в контрольно-измерительных приборах и в качестве контрольных средств радиоэлектронных систем дает возможность проводить калибровку, испытание и поверку прибо-ров, коррекцию и температурную компенсацию, контроль и управление измерительными комплексами, преобразование и об-работку, индикацию и представление данных, диагностику и лока-лизацию неисправностей.
С помощью микропроцессорных средств можно решать сложные технические задачи по разработке различных систем сбора и обработки информации, где общие функции сводятся к пере-даче множества сигналов в один центр для оценки и принятия ре-шения. Например, в бортовых системах летательных аппаратов за время полета накапливается большое количество информации от различных источников, требующих зачастую незамедлительной ее обработки. Это осуществляется централизованно с помощью вы-числительной системы на основе бортовой МПС.
Обобщая рассмотренные примеры использования МП, мож-но выделить четыре основных направления их применения:
– встроенные системы контроля и управления;
– локальные системы накопления и обработки информации;
– распределенные системы управления сложными объектами,
– распределенные высокопроизводительные системы парал-лельных вычислений.
Встроенные системы контроля и управления. Управляющие встроенные МПС предназначены для решения локальных задач управления объектами и могут выполнять функции контроллеров устройств, подключаемых к МПС более высоких контуров управ-ления или быть центром управляющих систем нижних контуров управления.
Использование МПС даже в простейшей схеме управления принципиально изменяет качество функционирования обслужи-ваемых им устройств. Она позволяет оптимизировать режимы ра-боты управляемых объектов или процессов и за счет этого полу-чать прямой и/или косвенный технико-экономический эффект.
Прямой технико-экономический эффект выражается в эко-номии потребляемой энергии, повышении срока службы и сниже-нии расхода материалов и оборудования. Косвенный технико-экономический эффект связан со снижением требований к обслу-живающему персоналу и повышением производительности.
Опыт показывает, что практически во всех случаях исполь-зование МПС только за счет экономии электроэнергии обеспечи-вается ее окупаемость за 1 – 1.5 года. Управление оборудованием на основе встроенных систем контроля и управления создает ре-альные предпосылки создания полностью автоматизированных производств.
Использование МПС повышает качество работы и произво дительность оборудования, существенно снижает требования к персоналу, работающему на нем. Цифровое управление отдельны-ми единицами оборудования на различных уровнях позволяет лег-ко собирать информацию (или вызвать ее) с нижних на верхние уровни иерархической системы управления.
Локальные системы накопления и обработки информации. Уровень управления современным предприятием или учреждени-ем требует наличия для любого специалиста или руководителя достаточно большого объема специфичной информации. Это мо-жет быть обеспечено за счет применения локальных микропро-цессорных вычислительных систем.
Локальные, т. е. расположенные на рабочем месте, МПС накопления и обработки информации экономически и технически просто осуществляют информационное обеспечение потребите-лей. Объединение локальных систем между собой в сеть и дистан-ционное подключение этой сети к центральной ЭВМ с громадным информационным архивом позволяют создать завершенную авто-матизированную систему информационного обеспечения.
Внешние устройства локальных МПС могут встраиваться в корпус ЭВМ. Их устройства образуют комплект, минимально не-обходимый для проведения вычислительных работ и обработки данных. В комплект сложных локальных МПС, ориентированных на решение инженерных и научных задач, могут входить разнооб-разные внешние устройства, например, печати, визуального ото-бражения, внешней памяти, комплексирования, пульты операторов общего назначения и т. д.
Распределенные системы управления сложными объектами. Альтернативой широко распространенным системам с централь-ным процессором становятся распределенные микропроцессорные управляющие системы. В этом случае микропроцессоры и связан-ные с ними схемы обработки данных физически располагаются вблизи мест возникновения информации, образуя локальные МПС. Такое построение системы позволяет вести обработку информа-ции на месте ее возникновения, например, вблизи двигателей, ру-лей управления, тормозной системы и т. д. В этом случае связь системы с центральной системой обработки и накопления данных и создает пространственно – распределенную систему управления.
В распределенных системах достигается значительный рост быстродействия получения и обработки входной информа-ции, экономия в количестве и распределении линий связи, повы-шается живучесть, существенно развиваются возможности опти-мизации режимов управления и функционирования.
Распределенные высокопроизводительные системы парал-лельных вычислений. МПС открыли новые возможности реше-ния сложных вычислительных задач, алгоритмы вычисления кото-рых допускают распараллеливание, т. е. одновременные (парал-лельные) вычисления на многих микропроцессорах.
Системы параллельных вычислений на основе десятков, со-тен и даже тысяч одинаковых или специализированных на опре-деленные задачи микропроцессоров при значительно меньших за-тратах дают такую же производительность, как и вычислительных системах на основе мощных процессоров конвейерного типа. Соз-дание МПС с большим количеством специализированных по функциональному назначению процессоров позволяет проектиро-вать мощные ВС нового типа по сравнению с традиционными развитыми большими вычислительными системами.

Дата добавления: 2015-06-04 ; Просмотров: 1533 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Основные компоненты микропроцессора 1

Лекция 7. Классификация и типовая структура микропроцессоров

  1. Микропроцессоры: назначение и классификация.
  2. Характеристики микропроцессоров.
  3. Структура базового микропроцессора.
  4. Технологии повышения производительности процессоров.

ЭВМ получили широкое распространение, начиная с 50-х годов. Прежде это были очень большие и дорогие устройства, используемые лишь в государственных учреждениях и крупных фирмах. Размеры и форма цифровых ЭВМ неузнаваемо изменились в результате разработки новых устройств, называемых микропроцессорами.

Микропроцессоры: назначение и классификация

Микропроцессор (МП) – это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

– вычисление адресов команд и операндов;

– выборка и дешифрация команд из основной памяти;

– выборка данных из основной памяти, регистров микропроцессорной памяти 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 микропроцессорной памяти и регистры адаптеров внешних устройств;

– выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

– переход к следующей команде.

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Процессоры даже самых простых ЭВМ имеют сложную функциональную структуру, содержат большое количество электронных элементов и множество разветвленных связей. Изменять структуру процессора необходимо так, чтобы полная принципиальная схема или ее части имели количество элементов и связей, совместимое с возможностями БИС. При этом микропроцессоры приобретают внутреннюю магистральную архитектуру, т. е. в них к единой внутренней информационной магистрали подключаются все основные функциональные блоки (арифметико-логический, рабочих регистров, стека, прерываний, интерфейса, управления и синхронизации и др.).

Для обоснования классификации микропроцессоров по числу БИС надо распределить все аппаратные блоки процессора между основными тремя функциональными частями: операционной, управляющей и интерфейсной. Сложность операционной и управляющей частей процессора определяется их разрядностью, системой команд и требованиями к системе прерываний; сложность интерфейсной части разрядностью и возможностями подключения других устройств ЭВМ (памяти, внешних устройств, датчиков и исполнительных механизмов и др.). Интерфейс процессора содержит несколько десятков информационных шин данных (ШД), адресов (ША) и управления (ШУ).

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

На рис. 1.1,а показано функциональное разбиение структуры процессора при создании трехкристального микропроцессора (пунктирные линии), содержащего БИС операционного (ОП), БИС управляющего (УП) и БИС интерфейсного (ИП) процессоров.

Рис. 1.1 Функциональная структура процессора (а) и ее разбиение для
реализации процессора в виде комплекта секционных БИС

Операционный процессор служит для обработки данных, управляющий процессор выполняет функции выборки, декодирования и вычисления адресов операндов и также генерирует последовательности микрокоманд. Автономность работы и большое быстродействие БИС УП позволяет выбирать команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их исполнения БИС ОП. При этом в УП образуется очередь еще не исполненных команд, а также заранее подготавливаются те данные, которые потребуются ОП в следующих циклах работы. Такая опережающая выборка команд экономит время ОП на ожидание операндов, необходимых для выполнения команд программ. Интерфейсный процессор позволяет подключить память и периферийные средства к микропроцессору; он, по существу, является сложным контроллером для устройств ввода/вывода информации. БИС ИП выполняет также функции канала прямого доступа к памяти.

Выбираемые из памяти команды распознаются и выполняются каждой частью микропроцессора автономно, и поэтому может быть обеспечен режим одновременной работы всех БИС МП, т.е. конвейерный поточный режим исполнения последовательности команд программы (выполнение последовательности с небольшим временным сдвигом). Такой режим работы значительно повышает производительность микропроцессора.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями (рис. 1,б). Для построения многоразрядных микропроцессоров при параллельном включении секций БИС в них добавляются средства “стыковки”.

Для создания высокопроизводительных многоразрядных микропроцессоров требуется столь много аппаратных средств, не реализуемых в доступных БИС, что может возникнуть необходимость еще и в функциональном разбиении структуры микропроцессора горизонтальными плоскостями. В результате рассмотренного функционального разделения структуры микропроцессора на функционально и конструктивно законченные части создаются условия реализации каждой из них в виде БИС. Все они образуют комплект секционных БИС МП.

Таким образом, микропроцессорная секция это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС МП определяет возможность “наращивания” разрядности обрабатываемых данных или усложнения устройств управления микропроцессора при “параллельном” включении большего числа БИС.

Однокристальные и трехкристальные БИС МП, как правило, изготовляют на основе микроэлектронных технологий униполярных полупроводниковых приборов, а многокристальные секционные БИС МП на основе технологии биполярных полупроводниковых приборов. Использование многокристальных микропроцессорных высокоскоростных биполярных БИС, имеющих функциональную законченность при малой физической разрядности обрабатываемых данных и монтируемых в корпус с большим числом выводов, позволяет организовать разветвление связи в процессоре, а также осуществить конвейерные принципы обработки информации для повышения его производительности.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных. Например, конволюция позволяет осуществить более сложную математическую обработку сигналов, чем широко используемые методы корреляции. Последние в основном сводятся к сравнению всего двух серий данных: входных, передаваемых формой сигнала, и фиксированных опорных и к определению их подобия. Конволюция дает возможность в реальном масштабе времени находить соответствие для сигналов изменяющейся формы путем сравнения их с различными эталонными сигналами, что, например, может позволить эффективно выделить полезный сигнал на фоне шума.

Разработанные однокристальные конвольверы используются в устройствах опознавания образов в тех случаях, когда возможности сбора данных превосходят способности системы обрабатывать эти данные.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры – цифровые устройства, однако, могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Они выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т.д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т.д.). При этом применение аналогового микропроцессора значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также расширяет функциональные возможности за счет программной “настройки” цифровой части микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов.

Обычно в составе однокристальных аналоговых МП имеется несколько каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более, большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.

Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов. Аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую форму, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на выход обычно в аналоговой форме через цифро-аналоговый преобразователь. При этом согласно теореме Котельникова частота квантования аналогового сигнала должна вдвое превышать верхнюю частоту сигнала.

Сравнение цифровых микропроцессоров производится сопоставлением времени выполнения ими списков операций. Сравнение же аналоговых микропроцессоров производится по количеству эквивалентных звеньев аналого-цифровых фильтров рекурсивных фильтров второго порядка. Производительность аналогового микропроцессора определяется его способностью быстро выполнять операции умножения: чем быстрее осуществляется умножение, тем больше эквивалентное количество звеньев фильтра в аналоговом преобразователе и тем более сложный алгоритм преобразования цифровых сигналов можно задавать в микропроцессоре.

Одним из направлений дальнейшего совершенствования аналоговых микропроцессоров является повышение их универсальности и гибкости. Поэтому вместе с повышением скорости обработки большого объема цифровых данных будут развиваться средства обеспечения развитых вычислительных процессов обработки цифровой информации за счет реализации аппаратных блоков прерывания программ и программных переходов.

Микропроцессор: что нужно знать начинающим электронщикам

Микропроцессор (CPU или Центральный процессор*) – устройство обработки цифровой и аналоговой информации, основная часть аппаратного контроля системы, а заодно и главный инструмент, способный проводить арифметические и логические операции, записанные с использованием машинного кода.

Основных функций у ЦП* несколько – передача данных между оперативной памятью и остальными компонентами ПК, синхронизация информации на внешних и внутренних накопителях, организация многопотоковой и многопрограммной работы в бесперебойном режиме, дешифрация машинного кода, синхронизация чисел разного регистра. И хотя перечисленные функции сложно переводимы на «обывательский язык», запомнить стоит следующее – «Центральный процессор» – важнейший элемент любого персонального компьютера.

И еще на заметку удивительный факт – за все те годы развития микропроцессоров им так и не нашлось никакой альтернативы. Даже современные новинки от Intel, справляющиеся с нагрузкой в тысячу раз быстрее, чем все конкуренты из далекого прошлого, и домашние чипы, обгоняющие по скорости все компьютеры, находившиеся на базе космического корабля «Аполлон», покорившего Луну, так и остаются процессорами с одинаковыми задачами и целями…

Назначение и область применения микропроцессоров

Функционально микропроцессор предназначен для решения следующих задач:

  1. Поэтапное чтение и расшифровывание команд из основной и оперативной памяти, регистров и адаптеров внешних устройств.
  2. Обработка запросов при обслуживании компонентов персонального компьютера.
  3. Синхронизация данных на накопителях данных.
  4. Генерация сигналов управления узлами и блоками ПК.

Кроме того, важно понимать, из каких именно частей состоит любой процессор:

  1. Устройство обработки арифметических, логических и любых других числовых, символьных операций, появляющихся по ходу взаимодействия с компьютером.
  2. Центр управления и координации взаимодействия различных компонентов ПК (речь обо всем и сразу – об оперативной памяти, подключаемых клавиатурах и мышках, контроллерах USB, наушниках и прочем).
  3. Микропроцессорная память, отвечающая за последовательное хранение различных данных, действий и команд, для увеличения скорости обработки информации и непосредственной экономии времени (зачем дважды высчитывать один и тот же пример, если ответ уже хранится в заранее подготовленной ячейке?).
  4. Интерфейсная система – возможности взаимодействия с процессором через системы ввода-вывода.

История развития: первый микропроцессор

Транзисторы, электромеханические реле, сердечники, вакуумные лампы – первые процессоры, старательно выполнявшие несложные арифметические и логические операции, появились еще в далеком 1940 году, но оставались ненадежными, громоздкими, да и неприменимыми в бытовых условиях (основное назначение – государственные разработки, крупные и набирающие обороты перерабатывающие фирмы) – слишком большое выделение энергии, неконтролируемая теплоотдача, низкая скорость обработки данных. Мечтать о домашнем применении подобных чипов и не приходилось, хотя бы из-за нехватки свободного места. Поставить в какой-нибудь из комнат ЭВМ с микропроцессором получилось бы лишь во дворце.

Со временем все изменилось. В 1970 году Эдвард Хофф, представлявший крупнейший отдел разработки компонентов для электронно-вычислительных машин, представил руководителям компании Intel интегральную схему, выполнявшую те же функции, что и чипы ЭВМ, но с маленьким нюансом – плата Эдварда помещалась в руке, обрабатывала 4 бита информации в секунду (конкуренты выдавали мощности в разы серьезнее – до 32 бит одновременно), и стоила в тысячу раз дешевле.

Первые калькуляторы снабжали именно процессором 4004 Эдварда Хоффа, которые появились в продаже в начале 1971 года. С этого момента, как принято считать, и началась эра новых процессоров, изменивших мир.

Дальше история развития микропроцессоров двинулась следующим путем:

  1. 1 апреля 1974 года. Intel вновь шокирует заинтересованную публику – на закрытых прилавках появилась модель 8080 с 6 тысячами транзисторов на крошечной схеме, объем памяти увеличен до 64 килобайт, проблемы с потреблением энергии решены, теплоотдача – практически нулевая. Чуть позже появился чип 8086, заложивший основы разрядности современных компьютеров.
  2. Октябрь 1985 года. В центре внимания снова Intel, с еще более неожиданной новинкой – моделью i 32-битная архитектура, новые возможности по управлению памятью, увеличенные мощности, тактовая частота в 16 МГц и общее быстродействие на уровне 6 Mips – мир и представить не мог, насколько быстро меняются возможности тех допотопных компьютеров, неожиданно получивших возможность работать с 4 Гб оперативной памяти и проводить тысячи арифметических действий всего за несколько секунд. А ведь впереди еще больше открытий!
  3. Осень 1989 года. Микропроцессор i80486DX, уместивший на крошечной плате 1.2 миллиона транзисторов, а еще сопроцессор и кэш-память, позволившая увеличивать текущую работоспособность компьютера путем промежуточного хранения некоторых данных, чисел, команд и действий. Общая производительность увеличилась до 16.5 Mips. Тактовая частота возросла до 16 МГц.
  4. Начало 1991 года. Появление i80486SX – штатное увеличение мощностей, долгие раздумья разработчиков из Intel на счет внедрения появляющихся чипов в ноутбуки и иные портативные устройства. Как результат – разные версии процессоров, рассчитанные под меняющиеся (иногда вычислительные, порой – контролирующие) нужды. Все эксперименты закончились появлением 2-го поколения МП (вроде i486DX2), поддерживающих новую технологию распределения мощностей между двумя разными ядрами центральной системы.
  5. Март 1995 года. Мир впервые знакомится с Intel Pentium, поставки чипов в магазинах для обычных пользователей – не за горами. Мощности увеличены до возможного (по тем годам) предела – 1 млрд. Mips.

Далее появились поставки многоядерных процессоров, затем появился Xeon и Intel Core, а после на мировом рынке загорелась новая звезда – модульные процессоры AMD. С тех пор (а именно с 2007 года) между двумя компаниями и ведется беспрерывная война за внимание пользователей.

На текущий момент хотя бы примерно описать состояние рынка МП невозможно – Intel Core представляет новые архитектуры микропроцессора (Coffee Lake, Skylake, Haswell, Kaby Lake) чуть ли не каждый год, а заодно меняет наименования семейства процессоров (Intel Core i3, i5, i7, i9). AMD старается удивлять низкими ценами и внушительными возможностями разгона. И кто в таком хаосе лидер – до сих пор не разобрать.

Разновидности микропроцессоров

И современные, и давно известные миру МП легко разделить на четыре части:

  1. CISC – универсальная архитектура, появившаяся в 1980-ом году. Поддерживается расширенный список команд, простые операции выполняются достаточно долго, зато проблем со сложными не бывает из-за многозадачности.
  2. RISC – альтернатива первому варианту с усеченной памятью. Каждый процесс при выполнении разбивается на маленькие команды.
  3. VLIW, поддерживающие сразу несколько вычислительных устройств, и выполняющие операции параллельно для обеспечения максимального быстродействия.
  4. MISC – хитрая архитектура, позволяющая укладывать разные команды в одну большую ячейку. В итоге, при одном цикле работы, центральный процессор считывает все записанные команды за раз.

Основные характеристики

К основным характеристикам микропроцессора относятся:

  1. Тактовая частота – определяет общий уровень быстродействия.
  2. Разрядность – отвечает за скорость обработки информации за положенную единицу времени (пожалуй, основной характеристикой микропроцессора и является).
  3. Система команд – спецификация архитектуры чипа в зависимости от типа данных, предлагаемых инструкций, регистров и модулей памяти.
  4. Объем адресуемой памяти.

Особенности российских микропроцессоров

С 1998 года и по сей день в отечественном сегменте разработкой микропроцессоров занимается компания «МЦСТ». Результаты впечатляющие – стабильное производство RISC систем, внедрение серии Эльбрус в применение на военно-оборонительных комплексах, космических станциях и засекреченных базах для передачи данных с максимальным уровнем шифрования. Заслуги компании «МЦСТ» серьезные, хотя многими обывателями подобные «успехи» кажутся смешными, на фоне мировых гигантов вроде Intel и AMD.

Да, достижения еще не те, но и цели совсем разные, верно? Едва ли «Эльбрус» стоит расценивать, как игровой чип, способный запустить все современные развлечения в максимальном качестве – это, в первую очередь, система для сверхбыстрой обработки данных (прежде всего, военного назначения) в полевых и даже экстремальных условиях.

История развития процессоров из России:

  1. 1998 год. Первая модель SPARC с частотой 80 МГц.
  2. 2001 год. Корректировка модели SPARC, увеличение мощностей, снижение уровня потребляемой энергии, работа над третьей версией процессора с частотой в 500 МГц.
  3. 2004 год. Представлен E2K – процессор нового поколения, способный работать практически в любых условиях.
  4. 2005 год. Появление первых образцов «Эльбруса», эксперименты и взгляд в будущее – впереди долгие годы борьбы за мировое лидерство в области современных технологий…

Источники:

http://studopedia.su/18_1642_oblasti-primeneniya-mikroprotsessorov.html

http://studizba.com/lectures/10-informatika-i-programmirovanie/355-osnovnye-komponenty-mikroprocessora/4820-osnovnye-komponenty-mikroprocessora-1.html

http://arduinoplus.ru/mikroprocessor/

http://butop.ru/luchshie-noutbuki-dlya-programmirovaniya/

Ссылка на основную публикацию