Главная » Бесплатные рефераты » Бесплатные рефераты по информатике »

Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

Тема: Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

Раздел: Бесплатные рефераты по информатике

Вуз: ВЗФЭИ

Год и город: Москва 2011

Введение

Актуальность этой темы состоит в том, уменьшение стоимости, потребляемой мощности и габаритных размеров, повышение надежности и производительности микропроцессоров способствовали значительному расширению сферы их использования. Наряду с традиционными вычислительными системами они все чаще стали использоваться в задачах управления. При этом перед микропроцессором ставились задачи программного управления различными периферийными объектами в реальном масштабе времени. Микропроцессор стал основой современной компьютерной техники. Компьютерная техника лежит в основе современного прогресса. С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса.

В теоретической части Цель курсовой работы - рассмотрение классификации, структуры и основных характеристик микропроцессоров ПК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

рассмотреть основные понятия темы;
дать общую схему классификации микропроцессоров;
изучить основные характеристики микропроцессоров ПК и их структуру.

В практической части были рассчитаны ежемесячные отчисления на амортизацию по основным средствам предприятия ООО «Александра» с помощью табличного процессора Microsoft Excel 2007,текстового процессора Microsoft Word 2007

Для выполнения данной курсовой работы использовался ПК с операционной системой Microsoft Windows XP Professional, процессор Intel(R) Celeron(R) CPU 2.40GHz 2.39 ГГц, 2ГБ ОЗУ.

1. Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

1.1. Классификация микропроцессоров ПК

Микропроцессор (МП) - это программно управляемое устройство, которое предназначено для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки и выполнено в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Большая интегральная схема (БИС) - интегральная схема (ИС) с высокой степенью интеграции, используется в электронной аппаратуре как функционально законченный узел устройств вычислительной техники, автоматики, измерительной техники и др.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

• чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;

• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

• обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;

• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Классифицировать микропроцессоры можно по следующим параметрам

(рис.1):

По числу больших интегральных схем (БИС) различают микропроцессоры, представленные на Рис.1:

Рис. 1. Классификация микропроцессоров[2,c.64]

Рис. 1. Классификация микропроцессоров[2,c.64]

Универсальные микропроцессоры принято разделять на CISC - и RISC-микропроцессоры. CISC-микропроцессоры (Completed Instruction Set Computing - вычисления с полной системой команд) имеют в своем составе весь классический набор команд с широко развитыми режимами адресации операндов. Например, микропроцессоры типа Pentium. В то же время RISC‑микропроцессоры (reduced instruction set computing - вычисления с сокращенной системой команд) используют, как следует из определения, уменьшенное количество команд и режимов адресации. Например Alpha 21x64 и Power PC.

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК или просто МК) предназначены для использования в системах промышленной и бытовой автоматики. Они представляют собой большие интегральные схемы, которые включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор (как правило, целочисленный), ЗУ команд, ЗУ данных, генератор тактовых сигналов, программируемые устройства для связи с внешней средой иногда аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т. д.

Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса.

Секционированные микропроцессоры (другие названия: микропрограммируемые и разрядно-модульные) - это микропроцессоры, предназначенные для построения специализированных процессоров. Они представляют собой микропроцессорные секции относительно небольшой (от 2 до 16) разрядности с пользовательским доступом к микропрограммному уровню управления и средствами для объединения нескольких секций.

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. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры

Аналоговые микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов. Они выполняют функции любой аналоговой схемы. При этом применение аналогового микропроцессора значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также расширяет функциональные возможности.

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.

По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

По организации структуры микропроцессорных систем различают микроЭВМ одно- и многомагистральные

В одномагистральных микроЭВМ все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям. Такая организация систем увеличивает производительность.

По количеству выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры

В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

1.2. Характеристики микропроцессоров

Основные характеристики универсальных микропроцессоров:

Разрядность. Разрядность – это число одновременно обрабатываемых процессором битов. Информация внутри компьютера представлена в виде двоичных чисел, т.е. сочетаний логических единиц и нулей, называемых битами (1 бит- один двоичный разряд, 1 или 0). Процессор может быть 8, 16, 32, 64 – разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой процессором в единицу времени. Между устройствами компьютера данные передаются не сплошным потоком, а порциями - машинными словами, одно машинное слово передаётся за один такт работы компьютера. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер[3,c.406].

Тактовая частота: измеряется в мегагерцах (МГц, млн. тактов в секунду). За время каждого такта микропроцессор выполняет одну элементарную операцию. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает микропроцессор и выше производительность компьютера. Микропроцессору каждого типа соответствует определённая оптимальная для него тактовая частота (clock), рекомендованная компанией - производителем;

Быстродействие МП: характеризуется тактовой частотой, которая в новейших моделях составляет тысячи мегагерц (МГц, млн. тактов в секунду);

Виды и форматы обрабатываемых данных;

Система команд: полный список команд, который может исполнять МП называется системой команд. У каждой марки процессора своя система команд (СК).

Адресное пространство (адресация памяти). Процессор занимается перемещением данных между ОЗУ и внешними устройствами. Для ОЗУ процессор формирует адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем адресуемой МП памяти называется его адресным пространством. Оно определяется разрядностью внешней шины адреса. Если N – разрядность шины адреса, то по ней можно передать 2N двоичных чисел.

Частота внешней синхронизации. Для частоты синхронизации обычно указывается ее максимально возможное значение, при котором гарантируется работоспособность схемы. Для функционально сложных схем, к которым относятся и микропроцессоры, иногда указывают также минимально возможную частоту синхронизации. Уменьшение частоты ниже этого предела может привести к отказу схемы. В то же время в тех применениях МП, где не требуется высокое быстродействие, снижение частоты синхронизации - одно из направлений энергосбережения.

Производительность: является интегральной характеристикой МП, которая зависит от тактовой частоты работы процессора, его разрядности, а также от особенностей архитектуры определяется с помощью специальных тестов, при этом совокупность тестов подбирается таким образом, чтобы они по возможности покрывали различные характеристики микроархитектуры процессоров, влияющие на производительность.

Число внутренних регистров: служит одним из показателей вычислительных возможностей МП. Этот показатель также непрерывно возрастает: 2 — в самых простых МП, 8 и 16 — в достаточно распространенных, 64 и более — в МП типа Pentium и других новых моделях. Число регистров МП фактически характеризует объем сверхоперативной памяти МП с малым временем обращения.

Число необходимых источников питания: определяет сложность монтажа вычислительного устройства с МП и влияет на габаритные размеры, надежность и стоимость этого устройства. Обычно требуются два-три источника питания, но при некоторых технологиях изготовления удается обойтись одним.

Рабочее напряжение процессора. Ранние модели процессоров имели напряжение питания 5 вольт. Теперь оно уменьшено до 3.3; 3; 2.5; 2.3В, понижение напряжения ведет к уменьшению нагрева и позволяет создавать более компактные элементы МП. Современные процессоры имеют систему двойного питания, т. е. они имеют 2 питающих напряжения –3,3В для ввода-вывода; 2,2 – 2,8В – для ядра.

Кэш-память. Кэш – это сверхбыстрая память, расположенная между процессором и ОЗУ. Различают кэш внутренний (кэш первого уровня (L1)) расположенная внутри МП и внешний (кэш второго уровня (L2)), расположенная на системной плате. Кэш-память нужна для ускорения обмена данными между процессором и ОЗУ.

Как электронное изделие микропроцессор характеризуется рядом параметров, наиболее важными из которых являются следующие[7]:

Требования к синхронизации: максимальная частота, стабильность.
Количество и номиналы источников питания, требования к их стабильности. В настоящее время существует тенденция к уменьшению напряжения питания, что сокращает тепловыделение схемы и ведет к повышению частоты ее работы. Если первые микропроцессоры работали при напряжении питания+-15В, то сейчас отдельные схемы используют источники менее 1 В.
Мощность рассеяния - это мощность потерь в выходном каскаде схемы, превращающаяся в тепло и нагревающая выходные транзисторы. Иначе говоря, она характеризует показатель тепловыделения БИС, что во многом определяет требования к конструктивному оформлению микропроцессорной системы. Эта характеристика особенно важна для встраиваемых МПС.
Уровни сигналов логического нуля и логической единицы, которые связаны с номиналами источников питания.
Тип корпуса - позволяет оценить пригодность схемы для работы в тех или иных условиях, а также возможность использования новой БИС в качестве замены существующей на плате.
Температура окружающей среды, при которой может работать схема. Здесь выделяют два диапазона:

коммерческий (0⁰С … +70⁰С);
расширенный (-40⁰С … +85⁰С).

- определяет способность схемы выполнять свои функции при наличии помех. Помехоустойчивость оценивается интенсивностью помех, при которых нарушение функций устройства еще не превышает допустимых пределов. Чем сильнее помеха, при которой устройство остается работоспособным, тем выше его помехоустойчивость.
Нагрузочная способность, или коэффициент разветвления по выходу, определяется числом схем этой же серии, входы которых могут быть присоединены к выходу данной схемы без нарушения ее работоспособности. Чем выше нагрузочная способность, тем шире логические возможности схемы и тем меньше таких микросхем необходимо для построения сложного вычислительного устройства. Однако с увеличением этого коэффициента ухудшаются помехоустойчивость и быстродействие.
- это способность схемы сохранять свой уровень качества функционирования при установленных условиях за установленный период времени. Обычно характеризуется интенсивностью отказов (час-1) или средним временем наработки на отказ (час). В настоящее время этот параметр для больших интегральных схем обычно не указывается изготовителем.
Характеристики технологического процесса. Основной показатель здесь - разрешающая способность процесса. В настоящее время она составляет 32 нм, то есть около 30 тыс. линий на 1 мм. Более совершенный технологический процесс позволяет создать микропроцессор, обладающий большими функциональными возможностями.
1.3. Структура микропроцессора

В состав микропроцессора входят следующие устройства:

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. АЛУ выполняет арифметические операции « + », « – », « ´ » и « ÷ » только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, то есть только над целыми двоичными числами[5].
Управляющее устройство (УУ). Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера. Данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя.
Кэш-память. Буферная память — своеобразный накопитель для данных. В современных процессорах используется два типа кэш-памяти: первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, и второго уровня — чуть помедленнее, зато больше — от 128 килобайт до 2 Мб.

6. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера и включает в себя:

внутренний интерфейс микропроцессора;
буферные запоминающие регистры;
схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной .

На физическом уровне микропроцессор взаимодействует с памятью и системой ввода-вывода через единый набор системных шин - внутрисистемную магистраль[7]. В ее состав входят:

1. Адресная шина. Шина или часть шины, предназначенная для передачи адреса, а именно используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.

2. Шина команд. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

3. Шина данных — информационная магистраль, благодаря которой процессор может обмениваться данными с другими устройствами компьютера.

Архитектура типичной небольшой вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. 2.

Рис. 2. Архитектура типового микропроцессора

Рис. 2. Архитектура типового микропроцессора

Микропроцессор является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ.

Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации[4,c.156]:

Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.
Арифметические операции, к которым в основном относят операции сложения и вычитания. Умножение и деление обычно реализуется с помощью специальных программ.
Логические операции, позволяющие компьютеру производить анализ получаемой информации. Простейшими примерами команд рассматриваемой группы могут служить сравнение, а также известные логические операции и, или, не.
двоичного кода влево и вправо. В некоторых случаях сдвиги используются для реализации умножения и деления.
Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.
Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда относят условный и безусловный переходы, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Часто к этой группе относят операции по управлению процессором типа останов или нет операции.

Таким образом, микропроцессор выполняет следующие функции:

выборку команд программы из основной памяти;
дешифрацию команд;
выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах;
управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода;
отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств;
управление и координацию работы основных узлов МП.

Заключение

В последние годы произошли кардинальные изменения в области вычислительной техники. Благодаря разработке и внедрению микропроцессоров в структуру ЭВМ появились малогабаритные, удобные для пользователя персональные компьютеры и в роли пользователя может быть не только специалист по вычислительной технике, но и любой человек.

Однако процесс повышения быстродействия микропроцессорных устройств идет неуклонно вперед и в настоящее время существуют микропроцессоры, минимальное время выполнения команды у которых достигает 5 нс. С помощью современных микропроцессоров уже сегодня возможно создавать системы управления с полосой пропускания в десятки и даже сотни Кгц. В свою очередь, аналоговые системы несмотря на практически мгновенное протекание сигналов также обладают конечным быстродействием из-за не идеальности компонентов и наличия паразитных реактивных связей в системе. Временные параметры цифровых систем, в отличие от аналоговых, не изменяются с течением времени и не зависят от внешних факторов.

Таким образом, в настоящее время, благодаря всему вышеперечисленному идет полномасштабное внедрение микропроцессорной техники практически во все сферы деятельности, где еще вчера господствовали аналоговые методы обработки информации.

В современной преобразовательной технике микроконтроллеры выполняют не только роль непосредственного управления полупроводниковым преобразователем за счет встроенных специализированных периферийных устройств, но и роль цифрового регулятора, системы защиты и диагностики, а также системы связи с технологической сетью высшего уровня.

2. Практическая часть

2.1. Общая характеристика задачи

В бухгалтерии предприятия ООО «Александра» рассчитываются ежемесячные отчисления на амортизацию по основным средствам. Данные для расчета начисленной амортизации приведены на рисунках.

Построить таблицы по приведенным ниже данным (Таблица 1,Таблица 2,Таблица 3,Таблица 4).
Выполнить расчет начисленной амортизации в каждом месяце и остаточной стоимости основных средств на конец месяца (Таблица 5).
Организовать межтабличные связи для автоматического формирования сводной ведомости по начисленной амортизации.
Сформировать и заполнить сводную ведомость начисленной амортизации по основным средствам за квартал.
результаты изменения первоначальной стоимости основных средств на конец квартала представить в графическом виде.

Подобные задачи решаются в бухгалтерии, на складах предприятия в целях накопления средств для полного восстановления основных фондов.

Таблица 1

Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.
Наименование основного средства	Остаточная стоимость на начало месяца, руб.	Начисленная амортизация, руб.	Остаточная стоимость на конец месяца, руб.
Офисное кресло	1242,00
Стеллаж	5996,40
Стол офисный	3584,00
Стол-приставка	1680,00
ИТОГО

Таблица 2

Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.
Наименование основного средства	Остаточная стоимость на начало месяца, руб.	Начисленная амортизация, руб.	Остаточная стоимость на конец месяца, руб.
Офисное кресло
Стеллаж
Стол офисный
Стол-приставка
ИТОГО

Таблица 3

Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.
Наименование основного средства	Остаточная стоимость на начало месяца, руб.	Начисленная амортизация, руб.	Остаточная стоимость на конец месяца, руб.
Офисное кресло
Стеллаж
Стол офисный
Стол-приставка

Таблица4

Первоначальная стоимость основных средств
Наименование основного средства	Первоначальная стоимость, руб.
Офисное кресло	2700
Стеллаж	7890
Стол офисный	5600
Стол-приставка	4200

Норма амортизации, % в месяц	3%

Таблица 5

ООО «Александра»

Расчетный период
с	по
_._.20_	_._.20_

СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ НАЧИСЛЕННОЙ АМОРТИЗАЦИИ ПО ОСНОВНЫМ СРЕДСТВАМ ЗА 1 квартал 2006 г.

Наименование Основного средства	Первоначальная стоимость, руб.	Остаточная Стоимость на начало квартала,руб.	Начисленная амортизация, руб.	Остаточная стоимость на конец квартала, руб.
Стол офисный
Офисное кресло
Стеллаж
Стол- приставка
ИТОГО

Бухгалтер: __________________

2.1. Описание алгоритма решения задачи смотрите в файле.

Список используемой литературы

Информатика в экономике: учебное пособие / под ред. Б.Е. Одинцова, А.Н. Романова. – М.: Вузовский учебник, 2008. – 478с.
Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы: Учебно-методический комплекс. – М.: Изд. центр ЕАОИ. 2009. – 292 с.
А.В.Могилев, Н.И.Пак, Е.К.Хённер, Информатика - http://www.alleng.ru/d/comp/comp33.htm
Агальцов В.П. Информатика для экономистов: учебник / В. П. Агальцов, В. М. Титов. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2006. – 256с.
Компьютерная обучающая программа для студентов 2-го курса по дисциплине “Информатика” (КОПР2-ИНФ). Зарегистр. в Информационно-библиотечном фонде РФ, № гос. регистрации 50200100275 от 27.07.2001. URL: http://repository.vzfei.ru/.
Информатика: Методические указания по выполнению курсовой работы для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлениям Экономика” (бакалавр) и “Менеджмент” (бакалавр). – М.: ВЗФЭИ, 2008. URL: http://repository.vzfei.ru/.
Основные понятия и характеристики архитектуры микропроцессоров, URL: http://www.INTUIT.ru - www.intuit.ru/department/hardware/microarch/1/2.html.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы

Бесплатная оценка

Размер: 261.27K

Скачано: 323

Скачать бесплатно

04.11.12 в 22:35 Автор:

Понравилось? Нажмите на кнопочку ниже. Вам не сложно, а нам приятно).

Чтобы скачать бесплатно Курсовые работы на максимальной скорости, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Важно! Все представленные Курсовые работы для бесплатного скачивания предназначены для составления плана или основы собственных научных трудов.

Друзья! У вас есть уникальная возможность помочь таким же студентам как и вы! Если наш сайт помог вам найти нужную работу, то вы, безусловно, понимаете как добавленная вами работа может облегчить труд другим.

Добавить работу

Если Курсовая работа, по Вашему мнению, плохого качества, или эту работу Вы уже встречали, сообщите об этом нам.

Добавление отзыва к работе

Добавить отзыв могут только зарегистрированные пользователи.