Центральный процессор эвм

Основу центрального процессора ПЭВМ составляет микропроцессор (МП) -обрабатывающее устройство, служащее для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к ОП и ВНУ и для управления ходом вычислительного процесса.

В настоящее время существует большое число разновидностей микропроцессоров, различающихся назначением, функциональными возможностями, структурой, исполне­нием. Наиболее существенными классификационными различиями между ними чаще всего выступают:

- назначение (микропроцессоры для серверов и мощных приложений; МП для пер­сональных компьютеров и т.д.);

- количество разрядов в обрабатываемой информационной единице (8-битные, 16-битные, 32-битные, 64-битные и др.);

- технология изготовления (0.5 мкм - технология; 0.35 мкм; 0.25 мкм; 0.18 мкм; 0.13 мкм; 0.07 мкм и т.д.).

Среди МП для серверов и мощных приложений прочное место завоевали RISC-процессоры (Reduce Instruction Set Computing) с сокращенной системой команд. Система команд таких МП содержит ограниченное число (порядка 50) очень простых команд. За счет этого упрощаются схемы управления микропроцессором и сокращаются его разме­ры. На кристалле МП (чипе) освобождается место, которое используется для размещения кеш-памяти большого объема. Наличие такой памяти внутри чипа позволяет сократить количество обращений к основной памяти, а это приводит к повышению быстродействия ЭВМ в 2-10 раз, так как обращение к кеш-памяти, расположенной внутри чипа, требует меньших затрат времени. Для повышения производительности RISC-процессоры обычно работают с машинными словами очень большой длины (не менее 64 бит).

Микропроцессоры для персональных компьютеров обычно относятся к CISC-процессорам (Complete Instruction Set Computing) с полной системой команд, насчиты­вающей до 250 единиц. К их числу относятся 8-битные микропроцессоры i8080, i8085 (с буквы i начинаются названия МП, выпускаемых фирмой Intel), Z80 (с буквы Z начина­ются названия МП фирмы Zilog) и др. 16-битные микропроцессоры i8086, i8088; 32-битные - i80386, i80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, которые совместимы по командам и форматам данных снизу вверх. Эти микропроцессоры ис­пользуются в различных модификациях IBM PC.

Все эти усовершенствования позволяют сделать персональную ЭВМ IBM PC муль­типрограммной, многопользовательской (МП 80286 позволял работать с 10 терминалами; 80386 - с 60) и многозадачной. С помощью операционной системы стало возможным реа­лизовать работу в режиме SVM (системы виртуальных машин), т.е. на одной ПЭВМ реа­лизовать множество независимых виртуальных машин (МП 80386 позволял в этом режиме реализовать работу до 60 пользователей, каждому из которых предоставлялась отдельная

виртуальная ПЭВМ IBM PC на МП 8086).

Начиная с МП i80586, цифровая характеристика микропроцессора заменена на­званием. Этот микропроцессор получил название «Pentium».

Тактовая частота микропроцессора Pentium быстро выросла с 60 МГц до 200 МГц. В этот микропроцессор встроено два внутренних кэша: кэш команд и кэш дан­ных (каждый по 8 Кбайт), в нем реализовано «интеллектуальное» управление потреб­лением мощности: при работе с малой нагрузкой МП автоматически переключается в режим малого потребления электроэнергии; если ЭВМ в течение большого промежут­ка времени не используется совсем, МП переходит в «режим покоя». Экономия элек­троэнергии приводит к снижению нагрева микропроцессора, а следовательно - к уве­личению срока его службы.

Разработан новый тип микропроцессора - Pentium MMX (MultiMedia Extention), в ко­тором реализована архитектура вычислительных систем класса SIMD, введено 57 новых ко­манд, необходимых для обработки аудио, видео и телекоммуникационной информации.

Следующая разновидность микропроцессоров - Pentium Pro - имела в том же корпусе кэш-память второго уровня объемом 256-512 Кбайт. Кроме того, в этом микропроцессоре система команд х86 транслировалась в RISC-команды (три х86-команды преобразовывались в 12 RISC-команд), исполнявшиеся параллельно работающими блоками вычислений.

В последующих разновидностях микропроцессоров (Pentium II, Pentium III, Pen­tium IV) вводится ряд усовершенствований, позволяющих повысить тактовую частоту, емкость сверхоперативной памяти, быстродействие и надежность функциональных бло­ков. Тактовая частота, например, быстро проходила ряд: 533, 566, 600, 633, 667, 700, 733, 766, 800, 850, 866 МГц, 1, 1.13, 1.4, 1.5 ГГц и выше. Ведутся работы по освоению технологии SiGe, позволяющей освоить выпуск микросхем, работающих в диапазоне частот 20-50 ГГц.