Архитектура микропроцессора: понятие, типы, преимущества и недостатки

Опубликованно 02.07.2019 03:31

Микропроцессор состоит из нескольких блоков, Соединенных между собой, каждый из них выполняет определенную функцию. Проект и связь этих блоков называется архитектурой. Скорость, с которой компьютер может считывать инструкции и выполнять соответствующие вычисления, определяется частота работы микропроцессора. Производители сделали большой шаг вперед в развитии архитектуры, что позволяет компьютерам все меньше и меньше зависит от частоты, то есть микро с низкими частотами и скоростями, могут выполнять дополнительные вычисления и задачи. В процессе эволюции архитектуры микропроцессоров, стали или дерева в моя тетрадь, способен обрабатывать несколько деталей одновременно. История поколений микропроцессоров

Компания Fairchild Semiconductor (торгово детей полупроводников), основанная в 1957 году, он изобрел свою первую схему комплексной в 1959 году, что положило начало истории микропроцессоров. В 1968 году, Гордана Мур, Роберт Нойс и Эндрю Гроув ушли с Ярмарки с детства полупроводников и основали свою собственную компанию: Integrated Electronics (Intel). В 1971 году компания изобрела первый Intel 4004.

На сегодняшний день существует несколько поколений архитектур микропроцессоров: 1-го поколения с 1971 по 1973. В 1971 году INTEL 4004 с тактовой частотой 108 кГц. В течение этого периода, были использованы другие модели в рынке, в том числе Rockwell International PPS-4, INTEL 8008 и National semiconductors IMP-16, которые не TTL-совместимых устройств. 2-го поколения с 1973 по 1978 года, были внесены очень эффективных 8-разрядных микропроцессоров, таких, как Motorola 6800 и 6801, INTEL 8085 и Zilogs-Z80. Из-за его супер скорость были дорогостоящими, поскольку они основаны на технологии изготовления NMOS, тем не менее, несмотря на его цену, были очень популярны. 3-го поколения архитектуры микропроцессора используется с 1979 до 1980 года.В этот период были разработаны INTEL 8086/80186/80286 и Motorola 68000 и 68010. Скорость этих процессоров были в четыре раза лучше, чем их предшественники. 4-го поколения с 1981 по 1995 год - были разработаны для 32-разрядных микропроцессоров, с использованием HCMOS. INTEL 80386 и Motorola 68020/68030 были популярны процессоры. 5-го поколения начинается в 1995 году, и в настоящее время. В этот период на рынок выпустили 64-разрядной архитектуры современного микропроцессора, к которому они относятся, Pentium, Celeron, Dual и Quad Core. Этапы создания Intel Celeron и Pentium

Intel Celeron был представлен в апреле 1998 года, и относится к серии процессоров X86 от Intel для настольных ПК. Основан на Pentium 2 и может работать на всех компьютерных программ IA-32.

История Intel Celeron: 4 /01/2000 - Intel Celeron 533.0 МГц; 14/02/2000 - мобильный Intel Celeron 450/500 МГц; 19/06/2000 - мобильный Intel Celeron низкого напряжения, 500.0 МГц; 3/01/2001 - Intel Celeron, 800 МГц; 2001 - Intel Celeron (1,2 ГГц); 2002 - архитектура микропроцессора Intel Celeron (1.3, 2.10, 2.20 ГГц); 2003 - процессор мобильный Intel Celeron 2/ 2.55 ГГц. 2004 - Intel Celeron M 320 310 (1,3 1,2 ГГц); 2008 - Celeron Core 2 DUO (Линда).

Pentium был представлен 2 марта 1993 года. Он изменил архитектура микропроцессора Intel 486, рис. 4 показывает обернулась четвертого поколения история микропроцессоров. Pentium относится к я не сплю Intel x 86, который основан на архитектуре пятого поколения. Имя этого процессора происходит от греческого слова "пента", что означает "пять".

Начальная процессор Pentium был заменен на Pentium MMX в 1996 году и имеет шина данных 64-разрядная. Стандарт один цикл передачи может читать или записывать до 64 бит сразу. Циклы чтения и записи Burst совместим с процессорами Pentium. Используются для кэширования и передачи 32 байта (размер строки кэша Pentium) за 4 такта. Все операции с кэшем упакованы и циклы он. Дизайн процессора

Архитектура микропроцессора, имеет множество периферийных устройств, изготовленных на одном кристалле. Имеет ALU (блок логики), блок управления, регистры, шинные системы и часы для выполнения вычислительных задач.

Микропроцессор-это единый пакет, микросхем, в том, что целый ряд полезных функций комплексного и изготовлен в том же пуля полупроводниковые микросхемы. Его архитектура состоит из процессора, модулей памяти, системной шины и устройства ввода/вывода. Системная шина соединяет различные блоки для облегчения обмена информацией. Кроме того, состоит из шины данных, адреса и управления для правильного обмена данных, что вызвало глубокое понятие архитектуры микропроцессора.

Процессор состоит из одного или нескольких логических блоков (АЛУ), регистров и блока управления. На основе записей также можно классифицировать номер поколения. ALU расчет всех арифметических действий, а также логических операций над данными и определяет размер обломока, например, 16-bit или 32-bit.

Блок памяти, который содержит программы и данные, и разделяется на процессор, первичной и вторичной памяти. Блок, вход и выход, подключается, подобные периферийные устройства для связи с микропроцессором для приема и передачи информации. Типы микро-систем

Существует несколько типов архитектур микропроцессоров, доступных для использования в различных системах: Наборы процессоров. Это микропроцессор, который работает недалеко от главного. Разработан и оптимизирован для использования на определенную задачу и увеличивает скорость обработки за счет одновременной работы с основным. Например, это может быть сопроцессором или ускоритель операций с плавающей запятой. Скалярный процессор выполняет вычисления для числа или набора данных, в свою очередь, установлен на большинство современных компьютеров, и известен как однопотоковый с команд, или, для краткости, SISD. Матрица процессоров современной архитектуры микропроцессора, также известный как векторным, позволяет Инструкция одновременно работать на несколько точек данных. Он известен как SIMD-процессора с одного компьютера нескольких данных, широко используется в прогнозировании погоды и моделировании потока воздуха. Параллельно, процессор использует независимых микро, чтобы работать в одной программе. Рассматриваемый процесс разбивается на задачи, каждая из которых может быть обработана в любой из них. Все они координируют трудно для операционной системы. Программы должны быть написаны для параллельной обработки, в противном случае, некоторые не могут быть завершены, пока не будут закрыты другие, зависит результат процесса.

Микропроцессоры подразделяются на пять типов: CISC-Complex Instruction Set, микропроцессор RISC-сокращенный набор команд, asic ASIC, я подожду процессоров цифровой сигнальный микропроцессор DSP.

Эти процессоры используются для кодирования и декодирования видео или для преобразования ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) и A/d (Analog / digital). Нужно микропроцессора, который является прекрасным в математических расчетах. Чип этого процессора используются в РАДИОЛОКАЦИИ, системах домашних кинотеатров, SONAR, аудио, ТВ, игровых консолей и мобильных телефонов. Эволюция Intel x86

Архитектура x86 от Intel разработала в течение многих лет. 29 000 транзисторов в микропроцессорах 8086 процессор quad-core Intel Core 2, содержит 820 миллионов транзисторов, с тем, что организации и технологии производства кардинально изменились.

Некоторые основные моменты развития архитектуры x86: 8080-это первый микропроцессор общего назначения. Архитектуру памяти, микропроцессор 8 бит, посредством передачи данных в памяти. Использовался в первый персональный компьютер. 8086 - 16-разрядный машины гораздо более мощным, чем предыдущее, имело режиме реального времени и адресную книгу памяти по 1 МБ. У нее был более широкий путь для данных: 16 бит, и самые крупные журналы, а также кэш, или очередь команд, что было выбрано до его реализации. 80286 имеет специально встроенной памяти 16 МБ и содержит два режима работы: реальном и 16-разрядном режиме первого поколения. Имеет ширину передачи данных по 16 бит, и модель программирования также 16-разрядные. 80286: 16-бит microprose

Это, в основном, microprose, является расширенной версией 8086. Поэтому, прежде чем понять, 80286, необходимо иметь, как минимум, презентации 8086. Intel 8086-это 16-разрядный микропроцессор, предназначенный для использования в качестве процессора в моем компьютере. Слово 16-битная означает, что ваш блок логики и арифметики, внутренние, журналы, инструкции, предназначены для работы с 16-разрядных двоичных. Имеет 20-разрядную адресную шину и 16-разрядные шины данных. Таким образом, это означает, что вы можете получить доступ к любой из 1048576 ячеек памяти и может читать или записывать данные в память и порты 16 или 8 бит за раз.

Архитектура микропроцессора 80286 специально для многопользовательской и многозадачной системы. Имеет четыре уровня защиты памяти и поддерживает операционную систему. Производительности его более чем в два раза больше на ощупь, чем у предшественников Intel 8086/8088. Сложные математические операции занимают меньше тактов по сравнению с 8086. Удаляется мультиплексирование шин и имеет линейного адреса, шину данных и 24 адресных строк, которые вы можете перенести прямо к 16 Мб памяти. Это поддерживается модуль управления памяти, и через него можно дать 1 ГБ памяти, также известный как virtual. Процессор включает в себя различные встроенные механизмы, которые могут защитить компьютер от программ пользователя и ограничить доступ к определенным областям памяти.

Есть два режима работы для 80286. Режим реального адреса) и защищенный режим виртуального адреса. В основном в этом режиме, пользователь не сталкивается с другой. Также они не могут вмешиваться в операционной системе. Эти функции называются защиты. 80286 содержит четыре блока обработки: Диск шины. Блок операторов. Блок выполнения. Блок адреса.

При выполнении текущей инструкции, BU предварительно выбирает команду s и сохраняется в очереди шесть байт. Функция U является расшифровка доводка инструкцию и сохранить очередь из трех декодированные инструкции. Блок адреса вычисляет адрес в памяти или устройства ввода/вывода, который должен быть отправлен для чтения и записи. Четырех блоков работают параллельно внутри процессора. Реализация этого прогноза навигации в архитектуре микропроцессоров называется конвейер.

Следующее направление эволюции-это микропроцессор 80386 - первый 32-разрядной машины Intel. Благодаря своей архитектуре, она смогла конкурировать по сложности и силе микрокомпьютеров и больших ЭВМ, представленных несколько лет назад. Это был первый процессор, поддерживающий многозадачность, и содержит 32-битный защищенный режим. В ней вводится понятие обмена. Она имеет специально 4 ГБ физической памяти и пропускной передачи данных 32-разрядная. 80486: технологии кэширования

Позже, в 1989 году, вышла на рынок микро 80486 и представила концепцию технологии хранения данных в кэш и конвейер команд. Который содержит функцию защиты от записи и встроенный математический сопроцессор, который выполняет сложные операции от главного процессора.

Разнообразие микро 4 поколения: Pentium -использование превзойдет в технической ввели, когда несколько компьютеров начали работать параллельно. Функция расширения размер страницы (PSE) была добавлена в качестве незначительного улучшения в обмен страниц. Pentium Pro - используется переименование регистров, предсказание ветвлений, анализ потока данных, выполнение спекулятивный и других участках цепи. Были также добавлены усовершенствованные методы оптимизации посмотрела и кэш-памяти уровня 2. Обеспечивает преобразование адресов второго поколения, в котором 32-битный виртуальный адрес преобразуется в 36-разрядного физического адреса памяти. Pentium II. Он был способен эффективно обрабатывать видео, аудио и графикой, используя технологию архитектура микропроцессора семейства Intel MMX (набор данных мультимедиа). Pentium III - содержит инструкции SMD (потоковые расширения) и поддерживает программное обеспечение для 3D-графики. Он является максимальная тактовая частота процессора 1,4 ГГц и содержит 70 новых инструкций. Pentium IV -вносит изменения в адрес третьего поколения, который преобразует 48-разрядный адрес виртуальной памяти в 48-разрядный адрес в физической памяти. Он включает в себя другие усовершенствования плавающей точкой для мультимедиа. Core-это первый микропроцессор архитектуры семейства Intel с двухъядерным процессором, который представляет собой реализацию двух процессоров в одном чипе, и технологии визуализации. Core 2 -простирается на 64-разрядной архитектуре, и core 2 Quad обеспечивает четырех процессоров на одном кристалле. Набор записей, а также режимы адресации 64-разрядных систем. Содержит электронную схему 1,2 миллиона транзисторов. Их рабочей частоты для различных версий 25, 33, 66 и 100 МГц. Это в 3-5 раз быстрее, чем 80386. В принципе, чип доступен в двух версиях: DX и SX. Версии типа DX-32-разрядный процессор, расположенный в 168-контактный как массив, и можно работать с такта частот от 25 до 66 МГц. На базе 486 устройства

Концепции архитектуры, на какие делятся микропроцессоров, является сложным и включает в себя такие элементы, как диаграммы структуры, а средства доступа, количество бит интерфейсы, форматы данных и прерываний.

Важные дополнительные функции, 486 процессора, по сравнению с 386 состоят в следующем: Встроенный сопроцессор. В системе 386 математике реализуется на внешнем устройстве, поэтому такие инструкции на 486 работают в три раза быстрее. 8 КБ кода и кэш данных в чип. Бокал вином выполнения. Исполнительный блок. Устройство управления. Блок интерфейса шины. Блок предварительной выборки кода. Блок декодирования команд. Сегментация n-единицы измерения. Пейджинговый блок. Блок из кэша. Устройство с плавающей точкой. Блок предварительной выборки кода содержит 32-bit очередь для хранения извлеченных кодов команд. Блок управления содержит также диск управления для хранения микрокода. Адрес, указанный в программе, называется логическим адресом. Также имеется 4 уровня защиты для изоляции и защиты задач операционной системы и друг от друга. Масштабируемая архитектура микропроцессора — понятие подразумевает работу в окнах. Модуль поиска вызовов для выполнения вызова объекта в пределах сегмента. Физический адрес. Фактический объем памяти RAM и ROM, существующих на компьютере, что называется физической памятью. Сегментация и пейджинговый блок-это блок управления памятью. Блоки RISC

RISC расшифровывается как " компьютер с сокращенным набором инструкций, и является типом стратегии проектирования архитектуры процессора. Архитектура микропроцессора RISC относится к способу планирования и монтажа процессора и может иметь связи или оборудования или программного обеспечения, в ближайшее поверь мне, в котором он работает. Архитектуры набора команд (ISA) определяет базовое программное обеспечение.

Архитектура аппаратных средств компьютера требуется код, который делит обучение на 0 и 1, которые компьютер может понять, также известный как машинный код. Архитектура процессора может быть совершенно другой, и программное обеспечение ISA будет отражать это. Разница между ними лежит в том, как выполняются задачи, например, по обработке записей, прерывание передачи адресация памяти, входы и выходы.

Другими словами, код для станка, для одной, не будет работать в другой. Например, настольная версия Windows не будет работать в смартфоне, потому что архитектура разная. Несмотря на то, что Microsoft поощряет возможное объединение в одном операционная система для настольных компьютеров, ноутбуков и планшетов, а с выходом Windows 8.

Существует несколько типов процессорных архитектур и соответствующих ISA. Примеры RISC-это ARM, MIPS, SPARC, PowerPC. Современные процессоры сильно интегрированы и работают быстрее, таким образом, набор команд RISC становятся все более сложными, чтобы использовать преимущества наиболее передовых технологий. CISC архитектура

Чтобы ответить на вопрос, что понимается под архитектурой микропроцессора CISC, необходимо рассмотреть подход CISC количество инструкций, выполняемых. Ваша главная задача в этом вопросе заключается в минимизации количества в программе, жертвуя при этом количество циклов. Компьютеры на основе архитектуры CISC предназначены для сокращения затраты памяти. Основные программы требуют больше памяти, что увеличивает стоимость. Для решения этих проблем, количество команд в программе может быть уменьшен путем вложения нескольких операций в одной инструкции, что делает его более трудно.

MUL скачать два значения из памяти определенные записи в CISC. Микропроцессор использует минимально возможных для развертывания оборудования и программного обеспечения, выполняющего операцию.

Основные ключевые слова, используемые в архитектуре: Набор инструкций группы по реализации программы, которая управляет компьютер, с помощью обработки данных. Форма: код операции, операционный код) и операнд. Операция-это Инструкция, которая используется для загрузки и хранения данных. Операнд-это регистр памяти. Режимы адресации-это способ доступа к данным. В зависимости от типа применяемой команды способы адресации бывают разных типов, таких, как прямой режим, когда осуществляется прямой доступ к данным, или косвенно, где у вас есть доступ к местоположению данных. Производительность процессора устанавливается законом и зависит от количества команд, CPI (циклов на команду) и времени цикла. Преимущества и недостатки

По форматам используемых команд (инструкций) можно выделить основные типы классификация архитектур микропроцессоров: RISC и CISC. Преимущества архитектуры RISC, которая имеет набор инструкций, так что компиляторы языков высокого уровня могут создавать более эффективный код. Это позволяет свободно использовать пространство микропроцессора, из-за простоты. Многие RISC-процессорами, используют регистры для передачи аргументов и хранения локальных переменных. Функции используют некоторые параметры, и процессоры не могут использовать инструкции вызова и, следовательно, используют метод фиксированной длины, который легко передавать.

Скорость операции может быть максимизировать, и время выполнения может быть минимизировано. Требуется меньшее количество форматов обучения, несколько номеров по эксплуатации, различные режимы адресации и хорошая масштабируемость. Понятие " масштабируемая архитектура микропроцессора включает в себя использование всех окон, что обеспечивает механизм передачи параметров между программами и возвращать результаты. Этот механизм реализуется в SPARC.

Недостатки архитектуры RISC, потому что в целом производительность процессоров RISC зависит от программиста или компилятора, таким образом, знание компилятора играет важную роль в обмен на код CISC в код RISC. При перестановке CISC в код RISC, называется расширением кода, будет увеличиваться в размерах. И качество этого роста будет снова зависеть от компилятора, а также набор команд машины. Кэш-памяти первого уровня процессоров RISC также является недостатком. Эти процессоры имеют кэш-памяти на чипе. Для подачи инструкций нужны очень быстрые системы памяти.

Преимущества архитектуры CISC - легкость моя кухня новые инструкции - позволила разработчикам сделать машины CISC более совместимыми. По мере того, как каждый стал лучше, для выполнение задач, можно использовать меньшее количество инструкций.

Недостатки архитектуры CISC: Производительность машины уменьшается, поэтому время различные инструкции, будет отличаться. Только 20% по инструкции используется в типичном программирование событий, хотя в действительности существуют различные специализированные инструкции, которые часто не используются. Коды условия устанавливаются инструкции CISC, как побочный эффект от каждой команды, что требует времени для этой установки, и, учитывая, что трассировка команда меняет биты кода состояния, компилятор должен проверить биты кода условия, прежде чем это произойдет.

Таким образом, можно проследить линию, что и архитектура, набор инструкций, - это среда, обеспечивающая связь между программистом и машиной. Части выполнения, и копирование данных, удаление или редактирование-это команда пользовательский тип архитектуры микропроцессоров.

Иван Фролов

Категория: Мобильная техника