Микропроцессоры

                             КУРСОВАЯ РАБОТА.

          СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  16-ТИ  И  32-Х РАЗРЯДНЫХ

                             МИКРОПРОЦЕССОРОВ.

     Микропроцессор.

     Самым главным элементом в компьютере, его "мозгом", является мик-

ропроцессор - небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема,

выполняющая все вычисления и обработку информации. МП умеет произво-

дить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько

десятков или даже сотен миллионов операций в секунду. В компьютерах

типа IBM PC используются МП фирмы INTEL, а также совместимые с ними

МП других фирм.

     Каждый МП имеет определенное число элементов памяти, называемых

регистрами, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управ-

ления (УУ). Регистры используются для временного хранения выполняемой

команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней

информации (инф.) МП.

     В АЛУ производится арифметическая и логическая обработка данных.

УУ реализует временную диаграмму и вырабатывает необходимые управляю-

щие сигналы для внутренней работы МП и связи его с другой аппаратурой

через внешние шины МП.

     Структуры различных типов  МП  могут  существенно  различаться,

однако с точки зрения пользователя наиболее важными параметрами явля-

ются архитектура, адресное пространство памяти, разрядность шины дан-

ных, быстродействие. Архитектуру МП определяет разрядность слова и

внутренней шины данных МП. Первые МП основывались на 4-разрядной

архитектуре. Первые ПЭВМ использовали МП с 8-разрядной архитектурой,

а современные МП основаны на МП с 16- и 32-разрядной архитектурой.

     МП с 4- и 8-разрядной архитектурой использовали последовательный

принцип выполнения команд, при котором очередная операция начинается

только после выполнения предыдущей. В некоторых МП с 16-разрядной

архитектурой используются принципы параллельной работы, при котором

одновременно с выполнением текущей задачи (команды) производятся

дополнительная выборка и хранение последующих команд. В МП с 32-

разрядной архитектурой используется конвейерный метод выполнения

команд, при котором несколько внутренних устройств МП работают

параллельно, производя одновременно несколько последовательных команд

программы.

     Адресное пространство памяти определяется разрядностью адресных

регистров и адресной шины МП. В 8-разрядных МП адресные регистры

обычно составляются из двух 8-разрядных регистров, образуя 16-разряд-

ную шину, адресующую 64 Кбайта памяти. В 16-разрядных МП, как правило,

используются 20-разрядные адресные регистры, адресующие 1 Мбайт

памяти. В 32-разрядных МП используются 24- и 32-разрядные адресные

регистры, адресующие от 16 Мбайт до 4 Гбайт памяти.

     Для выработки  команд  и  обмена  данными с памятью МП имеют шину

данных, разрядность которой,  как правило,  совпадает  с  разрядностью

внутренней шины данных, определяемой архитектурой МП. однако для упро-

щения связи с внешней аппаратурой внешняя шина данных может иметь раз-

рядность меньшую, чем внутренняя шина данных и регистры данных. Напри-

мер, некоторые МП с 16-разрядной архитектурой имеют 8-разрядную  внеш-

нюю шину данных.  Они представляют собой специальные модификации обыч-

ных 16-разрядных МП и обладают практически той же вычислительной мощью.

     Одним из важных параметров МП является быстродействие, определяе-

мое тактовой частотой его работы,  которая  обычно  задается  внешними

синхросигналами. Для разных МП эта частота имеет пределы 0,4...33 МГц.

Выполнение простейших команд (например, сложение двух операндов из ре-

гистров или пересылка операндов в регистрах МП) минимально двух пери-

одов тактовых импульсов ( для выборки команды и ее выполнения). Более

сложные команды  требуют для выполнения до 10-20 периодов тактовых им-

пульсов. Если операнды находятся не в регистрах,  а в памяти, дополни-

тельное время расходуется на выборки операндов в регистры и записи ре-

зультата в память.

     Скорость работы МП определяется не только тактовой частотой, но

и набором его команд , их гибкостью, развитой системой прерываний.

     Электронная память. Содержит операнды и программу, которую выпол-

няет МП. Обычно имеются слова, соответствующие разрядности шины данных

МП, которые адресуются адресным пространствам МП. Используются два ти-

па эл. памяти: постоянно запоминающие устройства (ПЗУ) и оперативные

запоминающие устройства (ОЗУ).

     В ПЗУ хранится инф.,  которую ЭВМ может использовать сразу  после

выключения питания.  Она включает программы инициализации программно-

управляемых периферийных микросхем, программы ядра ОС и в некоторых

приложениях интерпритатор  какого-либо диалогового языка программиро-

вания или наиболее часто используемые прикладные программы.

    Для реализации ПЗУ часто применяют микросхемы с прожигаемыми пере-

мычками К556РТ5 (512 байт), К556РТ7 (2 Кбайта), К573РФ4 (8 Кбайт).

В современных ЭВМ емкость ПЗУ достигает сотен Кбайт.

     ПЗУ является энергозависимой памятью:  после  выключения  питания

инф. в нем сохраняется. Инф. в ОЗУ разрушается при выключении питания.

В ОЗУ хранятся оперативные данные и программ, используемые МП. Поэтому

микросхемы ОЗУ  по быстродействию должны быть согласованы с МП,  а ем-

кость ОЗУ (вместе с ПЗУ) должна приближаться к приделу, определяемому

адресным пространством МП.

     Бывают ОЗУ статистические и динамические.  Стат. ОЗУ легко сопря-

гаются с шинами МП, но имеют меньшую емкость по сравнению с динамичес-

кими. В качестве стат.  ОЗУ часто используются микросхемы  серии  К537

емкостью до 64 Кбайт.

     Для сопряжения динам.  ОЗУ с МП требуется специальный контроллер,

но они обладают большей емкостью по сравнению со статическими.  Напри-

мер, микросхемы серии К565 имеют емкость до 256 Кбайт.

     Схемы ввода-вывода.

Взаимодействие с оператором через клавиатуру,дисплей и печатающие уст-

ройства, запись  исполняемых  программ из ВЗУ в ОЗУ осуществляют через

порты (многоразрядные шины) ввода-вывода. Для управления ВУ разработан

ряд микросхем,  которые выполняют функции контроллеров ПУ: клавиатуры,

дисплея, НГМД и др.

     Связь контроллерами  ПУ  обычно  осуществляется  через порты вво-

да-вывода под непосредственным управлением МП. Однако в некоторых ЭВМ

используется специальный  контроллер  прямого  доступа к памяти (ПДП),

который осуществляет непосредственный обмен инф.  Между ОЗУ и  ПУ  без

учета МП.  Связь  ЭВМ с ПУ производится через стандартизованные интер-

фейсы ПУ.

 ┌---------------------------------------------------┐

     ┌────────────────────────────────────────┐

     └────────────────────────────────────────┘

         ┌─────┐  ┌───────┐  ┌─────┐   ┌─────┐

         └─────┘  └───────┘  └─────┘   └─────┘

        Рис.1.     ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МП.

     РОН - регистры общего назначения

     РСН - регистры служебного назначения

     БСВШ - блок сопряжения МП с внешними шинами

     ХАРАКТЕРИСТИКИ МП.

     МП отличаются друг от друга двумя  характеристиками:  типом  (мо-

делью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели INTEL-8088,

80286, 80386sx,  80386,  80486 и PENTIUM, они приведены в порядке воз-

растания производительности  и цены.  Одинаковые модели МП могут иметь

разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше произво-

дительность и цена МП.

     ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА указывает, сколько элементарных операций (тактов)

МП выполняет в 1 секунду.  Тактовая частота измеряется в Мгц.  Следует

заметить, что разные модели МП выполняют одни и теже операции  (напри-

мер, сложение  и  умножение) за разное число тактов.  Чем выше модель,

тем, как правило,  меньше тактов требуется для выполнения одних и  тех

же операций. Поэтому, например, МП INTEL-80386 работает раза в 2 быст-

рее INTEL-80286 с такой же тактовой частотой.

     МОДЕЛИ МП.

     Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT  используют

МП INTEL-8088.  В начале 80-х годов эти МП выпускались с тактовой час-

тотой 4,77 МГц,  сейчас они выпускаются с тактовой частотой 8  или  10

МГц (т.е.  новые модели работают в 1,7-2,1 раза быстрее). Модели с

увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда называются

TURBO-XT.

Модель IBM PC XT использует более мощный МП INTEL-80286, и ее произво-

дительность в 4-5 раз,  больше, чем у IBM PC XT. Исходные варианты IBM

PC AT работали на Мп с тактовой частотой 6 МГц, сейчас большинство вы-

пускаемых компьютеров  этого  типа  имеет тактовую частоту от 16 до 25

МГц, т.е.  они работают в 2-3 раза быстрее.  МП INTEL-80286 имеет нес-

колько больше возможностей по сравнению с INTEL-8088,  он эти дополни-

тельные возможности используются  очень  редко,  так  что  большинство

программ, работающих на AT, будет работать и на XT.

     В 1988-1991 гг.  большая часть выпускаемых компьютеров была осно-

вана на  достаточно  мощном МП INTEL-80386.  Этот МП (называемый также

80386DX) работает в 2 раза быстрее, чем работал бы 80286 с той же так-

товой частотой.  Диапозон  тактовой  частоты 80386DX- от 25 до 40 МГц.

Кроме того, 80386 имеет значительно больше возможностей по сравнению с

INTEL-8088,в частности содержит мощные средства для управления памятью

и команды для 32-разрядных операций (в отличие от 16-разрядных 80286 и

8088).Поэтому многие производители программного обеспечения разрабаты-

вают программы специально для INTEL-80386SX.  Фирмой INTEL  разработан

также МП INTEL-80386SX, он ненамного дороже INTEL-80286SX, но обладает

теми же возможностями, что и INTEL-80386, только при более низком быс-

тродействии (приблизительно в 1,5-2 раза).

     Получивший в  последнее  время  широкое  распространение  МП  IN-

TEL-80486 (или 80486DX) мало отличается от INTEL-80386,но его произво-

дительность в 2-3 раза выше. Среди его особенностей следует отметить

встроенную кеш-память и встроенный математический сопроцессор. Фирмой

INTEL также разработаны более дешевый,  но менее производительный ва-

риант - 80486SX и более дорогой и более быстрый вариант - 80486DX.

Тактовая частота 80486 обычно находится в диапазоне 33-66 МГц.

     В 1993 г.  фирмой INTEL был выпущен новый МП PENTIUM (ранее анан-

сировавшийся под названием 80586).  Этот МП еще более  мощен, особенно

при вычислениях над вещественными числами.

     Фирмой INTEL  (США) в развитии МП 8086 и 8088 (отечественные ана-

логи К18110ВМ86  и   К1810ВМ88)   разработаны   высокопроизводительные

16-разрядные Мп 80186, 80286 и 32-разрядные МП 80386, 80386SX, 80486.

            ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП СЕРИИ 8086-80486

1	2	3	4