3 Классификация и области примене­ния современных мп

Микропроцессор (МП) - это программно управляемая сверхбольшая интегральная схема (СБИС), предназначенная для обработки цифровой информации. Наибольший эффект от внедрения МП достигается в устройствах и системах локальной автоматики, системах измерения, контроля и других областях. Сравнительно низкая стоимость, малые габариты и потребляемая мощность, высокая надежность и исключительная гибкость обеспечивают приоритет МП перед другими средствами обработки данных. МП является удобным средством для построения контроллеров, предназначенных для контроля и управления технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства.

Классификация МП

1. По назначению:

1.1.Универсальные предназначены для выполнения функций управления и вычисления;

2. Специализированные выполняют только узкоспециализированные функции вычисления или управления (вычисление сложных алгебраических функций или управление конкретным устройством – станком, автомобилем и т. д.).

1. По виду обрабатываемой информации:

1. Цифровые работают с бинарными (2-уровневыми) сигналами, обозначающими логический нуль и единицу. Обычно имеет смысл ссылка на тип цифрового сигнала: ТТЛ, ЭСЛ или КМОП-уровень;

2. Аналоговые работают с аналоговыми (непрерывными) уровнями сигналов. В случае аналогового сигнала имеют смысл предельные значения входного напряжения или тока.

2. По разрядности данных:

   1. фиксированные, в случае фиксированной разрядности указывается конкретное значение длины информации (бит, байт, слово и т. д.);

   2. переменные, в случае переменной разрядности указывается значение кванта, на который возможно наращивание разрядности (2, 4 или 8 бит).

3. По тактовой частоте:

   1. статические имеют нижний предел тактовой частоты равный нулю, т.е. при отсутствии тактовой частоты МП перейдет в состояние «Ожидание», по ее появлении продолжит свою работу;

   2. динамические имеют нижний предел тактовой частоты не равный 0, т.е. при снижении частоты синхронизации ниже придельного уровня МП перестает нормально функционировать.

4. По виду синхронизации:

   1. синхронные;

   2. асинхронные.

5. По компоновке:

   1. однокристальные;

   2. многокристальные;

   3. многокристальные секционные.

6. По числу управляющих магистралей

1. совмещенные;

2. раздельные.

7. По системе команд:

1. фиксированная;

2. переменная.

Технические характеристики МП

Главными характеристиками МП являются:

1) тактовая частота определяет максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц;

2) разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше производительность компьютера. Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает:

m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n - разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;

k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства.

Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20.

3) производительность и энергопотребление - наиболее производительные модели требуют до 130 и более ватт. Способы увеличения производительности:

• совершенствование технологии производства для уменьшения потребления;

• поиск новых материалов для снижения токов утечки;

• понижение напряжения питания ядра процессора;

• появление сокетов (разъемов для процессоров) с большим числом контактов (более 1000). Так у процессоров для популярного сокета LGA775 число контактов основного питания составляет 464 штуки (около 60 % от общего количества);

• изменение компоновки процессоров. Кристалл процессора переместился с внутренней на внешнюю сторону, для лучшего отвода тепла к радиатору системы охлаждения;

• интеграция в кристалл температурных датчиков и системы защиты от перегрева, снижающей частоту процессора или вообще останавливающей его при недопустимом увеличении температуры;

• появление в новейших процессорах интеллектуальных систем, динамически меняющих напряжение питания, частоту отдельных блоков и ядер процессора, и отключающих не используемые блоки и ядра;

• появление энергосберегающих режимов для «засыпания» процессора, при низкой нагрузке.

4) нормы литографического процесса используемого при производстве (технология изготовления полупроводниковых приборов, интегральных микросхем). При литографии на подложку будущего микропроцессора (тонкий круг из монокристаллического кремния, либо сапфира) через специальные маски, содержащие прорези, поочерёдно наносятся слои проводников, изоляторов и полупроводников. Соответствующие вещества испаряются в вакууме и осаждаются сквозь отверстия маски на кристалле процессора. Иногда используется травление, когда агрессивная жидкость разъедает не защищённые маской участки кристалла. Одновременно на подложке формируется порядка сотни процессорных кристаллов. В результате появляется сложная многослойная структура, содержащая от сотен тысяч до миллиардов транзисторов. В зависимости от подключения транзистор работает в микросхеме как транзистор, резистор, диод или конденсатор. После окончания процедуры литографии подложка распиливается на элементарные кристаллы. К сформированным на них контактным площадкам (из золота) припаиваются тонкие золотые проводники, являющиеся переходниками к контактным площадкам корпуса микросхемы. Далее крепится теплоотвод кристалла и крышка микросхемы.

5) архитектура - система команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM. Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и интерфейсы программирования, используемые в процессорах компании Intel.

По данным компании IDC, по итогам 2009 г на рынке микропроцессоров для настольных ПК, ноутбуков и серверов доля корпорации Intel составила 79,7 %, доля AMD — 20,1 %.

Pentium 4 — одноядерные, двухъядерные процессоры Pentium D, некоторые процессоры Xeon, предназначенные для серверов, часть процессоров Celeron представляет собой Pentium 4 с частично отключённым КЭШем второго уровня.

Производство: с 2000 по 2008 год

Частота ЦП: 1300—3800 МГц

Частота FSB: 400—1066 МГц

Технология производства: КМОП, 65 нм

Наборы инструкций: IA-32, MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T

Разъёмы: Socket 423; Socket 478; Socket 775

Ядра: Willamette; Northwood; Gallatin; Prescott; Cedar Mill.

Core i7 Производство: 10 ноября 2008 года

Частота ЦП: 2,66—3,46 GHz

Технология производства: 45—32 нм

Наборы инструкций: x86, x86-64, MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AES-NI

Число ядер: 2, 4 или 6

Разъёмы: Socket B (LGA 1366); Socket H (LGA 1156); Socket H2 (LGA 1155); µPGA-988; BGA-1288

Ядра: Bloomfield; Lynnfield; Gulftown; Clarksfield; Clarksfield XM; Arrandale.

AMD Phenom Производство: 2007

Производитель: GlobalFoundries

Частота ЦП: 1.8—3.3 ГГц

Технология производства: 65—45 нм

Наборы инструкций: MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4a, x86-64.

Число ядер: 2 - 6

Разъём: Socket AM2+, Socket AM3

Процессоры IBM (POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) используются в суперкомпьютерах, в видеоприставках 7-го поколения, встраиваемой технике; ранее использовались в компьютерах фирмы Apple.