Архитектура микропроцессора: понятие, виды, преимущества и недостатки

Опубликованно 29.06.2019 13:20

Микропроцессор состоит из нескольких блоков, соединенных вместе, каждый из них выполняет определенную функцию. Проекта и взаимосвязь этих блоков называется архитектурой. Скорость, с которой компьютер может читать инструкции и выполнять соответствующие вычисления, определяется рабочей частоте микропроцессора. Производители добились больших успехов в развитии архитектуры, что позволяет всем компьютерам меньше зависит от частоты, т. е. микро-низких частот и битрейтов может выполнять больше вычислений и задач. В процессе эволюции архитектуры микропроцессоров она превратилась из одноядерного на многоядерный, способен обрабатывать несколько фрагментов информации одновременно. История микропроцессора поколений

Полупроводник Фэйрчайлда (Справедливая ребенка полупроводник), основанная в 1957 году изобрел свой первый интегральной микросхемы в 1959 году, которое положило начало истории микропроцессоров. В 1968 году Гордоном Муром, Робертом Нойсом и Эндрю Гроув ушел с ярмарки детской полупроводников и основал свою собственную компанию: интегральной электроники (корпорация Intel). В 1971 году компания изобрела первый процессор Intel 4004.

На сегодняшний день существует несколько поколений архитектур микропроцессоров: 1-го поколения с 1971 по 1973 год. В 1971 году компания Intel 4004 с тактовой частотой 108 кГц. В течение этого периода другие модели на рынке, таких как Rockwell Международного ППС-4, Процессор Intel 8008 и национальные полупроводники ИМП-16, они были не ТТЛ-совместимых устройств. 2-го поколения с 1973 по 1978 год, реализована очень эффективных 8-разрядных микропроцессоров, таких как Motorola 6800 и 6801, процессор Intel 8085 и Zilogs-на Z80. Из-за их высочайшей скорости, они были очень дорогими, так как он был основан на технологии изготовления МОП, однако, несмотря на цену, был очень популярен. 3-й архитектуры микропроцессоров поколения использовалась с 1979 по 1980 год.В этот период был разработан компанией Intel 8086/80186/80286 и Motorola 68000 и 68010. Скорость этих процессоров в четыре раза лучше, чем его предшественники. 4-го поколения с 1981 по 1995 год - разработан 32-разрядных микропроцессоров с использованием отдается hcmos. 80386 Intel и Motorola 68020/68030 был популярен процессоров. 5-го поколения началась в 1995 году и до настоящего времени. В этот период на рынок была выпущена 64-битной архитектуры современных процессоров, включая Pentium и Celeron, двухъядерный и четырехъядерный. Основные этапы развития процессоров Intel Celeron и Pentium с

Интел Селерон был запущен в апреле 1998 года и относится к серии процессоров Intel x86 для персональных компьютеров. Он основан на Pentium 2 и может работать на всех ЭВМ с архитектурой IA-32.

История Процессоров Intel Celeron, А Также: 4 /01/2000 - Процессор-Celeron 533.0 МГц; 14/02/2000 - мобильный процессор Intel Celeron с 450/500 МГц; 19/06/2000 - Intel для мобильных процессоров Celeron низкого напряжения 500.0 МГц; 3/01/2001 - Процессор-Celeron, 800 МГц; 2001 - Процессор-Celeron (1,2 ГГц); 2002 - микропроцессор архитектуры Intel Celeron с (1.3, 2.10, 2.20 ГГц); 2003 - Процессор-Celeron 2/ 2.55 ГГц. 2004 - корпорация Intel Celeron м 320 и 310 (1,3, 1,2 ГГц); 2008 - Селерон дуо сердечника 2 (Аллендейл).

Пентиум был представлен 2 марта 1993 года. Он изменил архитектуру микропроцессор Intel 486, цифра 4 указывает на микроархитектуре четвертого поколения в истории микропроцессоров. Процессор Pentium ссылается на одноядерном процессоре Intel с архитектурой x86, которая основана на архитектуре пятого поколения. Название этого процессора является производным от греческого слова "Пента", что означает "пять".

Оригинальный Процессор Pentium был заменен Процессор Pentium MMX в 1996 году и имеет шины данных 64 бит. Стандартный одноместный цикла передачи можете прочитать или написать 64 бита одновременно. Циклы чтения и записи взрыв поддерживаются процессоры Pentium. Они используются для операций кэширования и передачи 32 байта (размер кэш линии процессоров Pentium) в течение 4 циклов. Все операции с кэшем группируются в циклы для него. Дизайн центрального процессора

Архитектура микропроцессора имеет много периферийных устройств, которые изготавливаются на одном кристалле. Он имеет АЛУ (арифметико-логическое устройство), блок управления, регистры, шину и часы для выполнения вычислительных задач.

Микропроцессор представляет собой пакет чип, в котором ряд полезных функций комплексного и изготовленных на одной кремниевой полупроводниковой микросхемы. Ее архитектура состоит из центрального процессора, модулей памяти, системной шины и ввода-вывода. Системная шина соединяет различные блоки, чтобы облегчить обмен информацией. Кроме того, он состоит из шины данных, адреса и управления для правильного обмена данными, что является базовым понятием архитектуры микропроцессора.

Процессор состоит из одного или более арифметических логических устройств (АЛУ), регистры и устройство управления. На основании регистров можно также классифицировать числа поколения. АЛУ вычисляет всех арифметических и логических операций над данными и определяет размер микропроцессор, например, 16-разрядная или 32-разрядная.

Блок памяти содержит программы и данные, и делится на ЦП, первичной и вторичной памяти. Блок ввода и вывода соединяют одни и те же периферийные устройства с микропроцессором для приема и передачи информации. Типы микро-систем

Существует несколько типов архитектур микропроцессоров доступен для использования в различных системах: Совместное процессоров. Это дополнительный микропроцессор, работающий рядом с главным. Он разработан и оптимизирован для использования в конкретной задаче и увеличивает скорость обработки за счет одновременной работы с основным. Примером этого может быть сопроцессора или ускоритель для вычислений с плавающей запятой. Скалярный процессор выполняет расчеты для одно значение или набор данных сразу, она установлена в большинстве современных компьютеров и называется однопоточной с одного потока, или, для краткости, SISD. Массив архитектура процессора современного микропроцессора, также известный как вектор, позволяет одному пользователю работать одновременно в нескольких точках данных. Он известен как процессор SIMD с одной командой нескольких данных, широко используется в прогнозировании погоды и моделировании воздушного потока. Параллельный процессор использует независимую микро-работать по той же программе. Рассмотрим процесс разбивается на отдельные задачи, каждая из которых может быть обработан любым из них. Они koordiniruyutsya сложной операционной системы. Программы должны быть специально написаны для параллельной обработки, в противном случае, некоторые не могут быть завершены, пока вы не закроете другой в зависимости от результата текущего процесса.

Микропроцессоры делятся на пять типов: ЦИПУ-сложный набор инструкций, RISC, микропроцессор с сокращенным набором команд специализированная интегральная схема ASIC, с суперскалярных процессоров и цифровых сигнальных микропроцессоров DSP.

Эти процессоры используются для кодирования и декодирования видео или для преобразования ЦАП (цифро-аналогового) и/D (аналого-цифровой). Им нужен микропроцессор, который отлично подходит в математических расчетах. Чип процессора, используемых в радарах, домашний кинотеатр, эхолот, аудио систем, приставок и мобильных телефонов. Эволюция процессоров Intel с архитектурой x86

Архитектуры Intel х86 развивалась на протяжении многих лет. От 29 000-транзистор микропроцессоров 8086 четырехъядерный процессор Core 2 содержит 820 миллионов транзисторов, поэтому организация и технология производства кардинально изменилась.

Некоторые из основных моментов развития архитектуры x86: 8080-это первый в мире микропроцессор общего назначения. Имеет архитектуру памяти микропроцессора с 8-разрядной, передавая данные в память. Он был использован в первый персональный компьютер. 8086-это 16 - разрядные машины, гораздо более мощные, чем предыдущий, имеет реальный адрес и режим памяти 1 МБ. У него был широкий путь к данным: 16-бит и крупные регистры, кэш или очередь команд, которые были выбраны перед казнью. 80286 - адресуемой памяти составляет 16 МБ и содержит двух режимах: реальном и 16-разрядном режиме первого поколения. Он имеет широкий передачи данных 16 бит и модель программирования тоже 16 бит. 80286: 16-бит использовал MicroProse

Это в основном использовал MicroProse представляет собой расширенную версию 8086. Поэтому, прежде чем понять, 80286, вы должны иметь минимальные знания 8086. Процессор Intel 8086 - это 16-разрядный микропроцессор, предназначенный для использования в качестве центрального процессора в микро ЭВМ. Срок 16 бит означает, что его арифметико-логическое устройство, внутренние регистры, инструкция предназначен для работы с 16-разрядными двоичными кодами. Имеет 20-разрядной шиной адреса и 16-разрядной шиной данных. Таким образом, это означает, что он может обратиться к любому из 1048576 ячеек памяти и для чтения данных или записи данных в память и порты для 16 или 8 бит за раз.

Архитектура микропроцессора 80286 специально для многопользовательской системы и многозадачность. Он имеет четыре уровня защиты памяти и поддерживает операционная система. Производительности его более чем в два раза более высокую чувствительность, чем его предшественники процессора Intel 8086/8088. Сложные математические операции занимает меньше тактов по сравнению с 8086. Это исключает мультиплексирование шин и имеет линейное адресное автобус с 24 адресных линий, которые могли бы напрямую передавать 16 МБ памяти. Это подтверждается модуль управления памяти, и через него он может дать 1 ГБ оперативной памяти, также известный как виртуальные. Процессор включает в себя различные встроенные механизмы, которые могут защитить систему от программ пользователя и ограничить доступ к некоторым областям памяти.

Есть два режима работы для 80286. Режим реальных адресов и защищенный виртуальный адрес. В основном в этом режиме один пользователь не мешает другому. Они также не могут вмешиваться в работу операционной системы. Эти функции называются защиты. В 80286 содержит четыре блока обработки: Блок шин. Инструкции блок. Единицей выполнения. Адрес блока.

Во время обработки текущей инструкции, БУ предварительно выбирает сек и сохраняет его в очереди из шести байт. Функция U является для декодирования совершенствовали инструкции и для поддержания фазы из трех декодированных инструкций. Адрес блока вычисления адреса памяти или устройства ввода/вывода, который должен быть отправлен для операций чтения и записи. Все четыре блока работают параллельно внутри процессора. Осознание этого предсказания переходов в архитектуре микропроцессоров называется конвейер.

Следующие направления в эволюции этого микропроцессора 80386 - первый 32-разрядный процессор Intel машиной. Благодаря своей архитектуре он мог бы конкурировать со сложностью и мощности мини-ЭВМ и мейнфреймы, представленные несколькими годами ранее. Это был первый процессор, который поддерживает многозадачность и содержит 32-битный защищенный режим. Он вводит понятие подкачки. Он имеет адресуемой физической памяти 4 ГБ и шириной передачи данных 32 бита. 80486: кэширование по технологии

Позже в 1989 году, вышла на рынок микро-и 80486 ввел понятие технологии кэширования и конвейеризации команд. Он содержит функцию защиты от записи и предложите встроенный математический сопроцессор, который выполняет сложные операции из основного процессора.

4 сорта микро-поколения: Пентиум-использование суперскалярной технологии были введены в тот момент, когда несколько команд начали работать параллельно. Функция расширение размера страницы (ПСЭ) были добавлены небольшие улучшения подкачки. Процессоры Pentium Pro используется переименование регистров, предсказание переходов, анализ потока данных, спекулятивное выполнение и других этапах конвейера. Также был добавлен передовых методов оптимизации в микрокоде и кэш 2-го уровня. Это поддерживает преобразование адресов второго поколения, в котором 32-разрядный виртуальный адрес переводится на 36-разрядный физический адрес памяти. Пентиум второй. Он был способен эффективно обрабатывать видео, аудио и графические данные, используя технологическую архитектуру микропроцессора от Intel ММХ (мультимедийный комплект). Пентиум III - содержит инструкции для СМД (потоковые расширения) и поддержка программного обеспечения для 3D-графики. Он имеет максимальную скорость процессора 1,4 ГГц и содержит 70 новых инструкций. Процессор Pentium IV, который вносит изменения в адреса третьего поколения, который преобразует 48-разрядные виртуальные адреса памяти в 48-битный физический адрес памяти. Он содержит другие улучшения с плавающей точкой для мультимедиа. Core-это первый микропроцессор архитектуры Intel двухъядерный процессор, представляющая собой реализацию двух процессоров на одном кристалле и имеет дополнительную технологию визуализации. Сердечник 2 притягивает архитектура для 64-разрядных и Соге 2 Quad оснащен четырьмя процессорами на одном кристалле. Набор регистров и способы адресации являются 64-разрядными. Он содержит электронную схему 1,2 миллиона транзисторов. Его рабочая частота для разных версий 25, 33, 66 и 100 МГц. Это в 3-5 раз быстрее, чем 80386. В основном чип доступен в двух версиях: с DX и SX. Версия типа DX-32-разрядный процессор находится в 168-контактный массив и может работать с тактовыми частотами от 25 до 66 МГц. На основе 486-го устройства

Концепции архитектур, которые разделяют микропроцессоров является сложным и включает такие элементы, как блок-схема, средства доступа, разрядность интерфейсов, форматов данных и прерываний.

Важные дополнительные особенности процессора 486 по сравнению с 386 являются следующие: Встроенный математический сопроцессор. В системе 386 математике реализуется на внешнем устройстве, поэтому инструкции на 486 работать в три раза быстрее. 8 КБ кода и данные кэш-памяти на чипе. Производительность Vysokokompetentnoe. Исполнительный блок. Контрольное устройство. Блок интерфейса шины. Код блока предвыборки. Команд блок декодирования. Сегментация из N-единиц. Блок подкачки. Блок кэша. Блоку операций с плавающей запятой. Код блока предвыборки содержит 32-байтовые очереди за хранение найденных кодов команд. Блок управления содержит также контроль ПЗУ для хранения микрокода. Адрес, указанный в программе, называется логическим адресом. Он также обеспечивает 4 уровня защиты для изоляции и защиты задачи и операционной системы друг от друга. Масштабируемая архитектура микропроцессора — концепция предполагает работу в Windows. Модуль поиска звонков объекта в пределах сегмента. Физический адрес. Фактическая емкость ОЗУ и ПЗУ присутствует в компьютер, известный как физической памяти. Сегментации и блока пейджинг-блок управления памятью. Единиц РИНЦ

РИНЦ стоит компьютер с уменьшенным набором инструкций и тип конструкции стратегии архитектуры процессора. Архитектура микропроцессора с RISC относится к способу планирования и сборки процессора и может быть связано либо оборудования или программного обеспечения, ближе к кремния, на котором он работает. Набор инструкций архитектуры (Иса) определяет базовое программное обеспечение.

Аппаратной архитектуры компьютера требует код, который разбивает пользователей на 0 и 1 и что компьютер может понять, также известный как машинный код. Архитектура процессора может быть абсолютно разной, и программное обеспечение ISA будет отражать это. Разница между ними заключается в том, как выполняются задачи, например, обработки, регистры, прерывания, адресация памяти, внешние входы и выходы.

Иными словами, машинный код для одной не подойдут для другой. Например, в настольной версии Windows не будет работать на смартфоне, потому что архитектура разная. Хотя Microsoft рекомендует возможного объединения в единую ОС для настольных компьютеров, ноутбуков и планшетов, начиная с версии Windows 8.

Существует несколько видов архитектур процессоров и соответствующих Иса. Некоторые примеры РИНЦ является ARM и MIPS, SPARC и PowerPC. Современные процессоры имеют высокую степень интеграции и работать быстрее, так как RISC набор команд становятся все более сложными, чтобы воспользоваться усовершенствованной технологии. Архитектура ЦИПУ

Для того, чтобы ответить на вопрос, Что понимается под архитектурой ЦИПУ микропроцессора, необходимо рассмотреть подход ЦИПУ количеству выполненных инструкций. Ее главной задачей в этом вопросе является минимизация объема программы, жертвуя числа циклов. Компьютеры на основе архитектуры ЦИПУ предназначен для снижения стоимости хранения. Большие программы требуют больше памяти, что увеличивает стоимость. Чтобы решить эти проблемы, количество команд программы может быть уменьшена путем добавления нескольких операций в одном сообщении, что делает его более сложным.

ООО загружает два значения из памяти на отдельные регистры в ЦИПУ. Микропроцессор использует минимально возможной инструкции по реализации оборудования и выполняет операции.

Основные ключевые слова, используемые в архитектуре: Набор инструкций группа инструкций, чтобы выполнить программу, которая предписывает компьютеру для обработки данных. Форма: опкод (код операции) и операндов. Операция-это инструкция, которая используется для загрузки и хранения данных. Операндом является регистр памяти. Режимы адресации — это метод доступа к данным. В зависимости от типа команд, режимы адресации существуют различные типы, такие как прямые режиме, когда доступ к данных о прямой или косвенной режим, где доступа к хранилищу данных. Производительность процессора определяется в основном законе и зависит от количества команд, ИПЦ (циклов в команде) и время такта. Преимущества и недостатки

Форматы команд (инструкций) для определения основных видов классификация архитектур микропроцессоров: с CISC и RISC. Преимущества RISC-архитектуры заключается в том, что он имеет набор инструкций, поэтому в компиляторах языков высокого уровня может генерировать более эффективный код. Это позволяет свободно использовать пространство микропроцессоров из-за их простоты. Многие процессоры RISC использовать регистры для передачи аргументов и хранение локальных переменных. Эта функция используется только несколько параметров, и процессор может использовать инструкции вызова и, таким образом, использовать метод фиксированной длины, который легко вещать.

Скорость работы можно увеличить и срок исполнения может быть сведено к минимуму. Требует меньшего количества форматов обучения, множество инструкций, несколько режимов адресации, и хорошую масштабируемость. Концепция масштабируемой архитектуры микропроцессора включает в себя использование реестра Windows, которые обеспечивают удобный механизм передачи параметров между программами и возвращать результаты. Подобный механизм реализован в СПАРК.

Недостатки RISC-архитектура-это вызвано тем, что производительность RISC-процессора зависит от программиста или компилятора, поэтому знания, компилятор играет важную роль, когда вы измените код на код ЦИПУ РИНЦ. При перемещении ЦИПУ код РИНЦ, назвать код расширения, который позволит увеличить размер. Качество этой экспансии будет зависеть опять-таки компилятор, а набор инструкций для машины. Первого уровня кэш процессора РИНЦ является недостатком. Эти процессоры имеют больше кэш-памяти на чипе. Для указания представления, они требуют очень быстрых системах памяти.

Преимущества архитектуры ЦИПУ - легкий microradiowaves новые инструкции позволило дизайнерам сделать ЦИПУ машины более совместимы. Как каждому стать более совершенным, чтобы выполнить задачи, можно было использовать меньшее количество инструкций.

Недостатки архитектуры ЦИПУ: Производительность машины замедляется из-за того, что время, затраченное на различные инструкции будут разными. Только 20% доступного обучения, используемых в типичных программирования событий, хотя в действительности существуют различные специализированные инструкции, которые часто не используются. Условия кодов, установленных инструкцией ЦИПУ как побочный эффект, каждая команда, которая требует времени для установки, так и последующего команда изменяет биты кода состояния, компилятор должен проверить биты кода условия, прежде чем это произойдет.

Таким образом, можно подвести черту, что набор инструкций архитектура-это среда, обеспечивающая связь между программистом и оборудования. Часть исполнения и копировать данные, удалять или редактировать-это команды пользователя для конкретных архитектур микропроцессоров.

Иван Фролов

Категория: Гаджеты