Содержание
- 2. Основная литература 1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПБ, 2000. 2. Мальцева Л.А. и др. Основы цифровой
- 3. Основные направления развития современной схемотехники представлены на рис. 1.
- 4. Микропроцессором (МП) называется программно-управляемое устройство, осуществляющее прием, обработку и выдачу цифровой информации, построенное на основе одной
- 5. В процессе более чем 30-летнего развития произошла дифференциация микропроцессоров по функционально-структурным особенностям и областям применения. В
- 6. Рис. 2. Основные классы микропроцессоров
- 7. Универсальные микропропроцессоры предназначаются для применения во всех типах вычислительных устройств: персональных ЭВМ, рабочих станциях, а в
- 8. Универсальными микропроцессорами являются МП общего назначения, которые решают широкий класс задач вычисления, обработки и управления. Специализированные
- 9. Микроконтроллер (МК, MCU – MicroController Unit) – это микропроцессорное устройство, специализированное на выполнение определенных функций управления,
- 10. Сигнальные процессоры (Digital Signal Processor (DSP), цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС))– относятся к классу специализированных микропроцессоров,
- 11. Классификация МП по назначению и областям применения В процессе более чем 30-летнего развития произошла дифференциация микропроцессоров
- 13. В зависимости от типа организации системы команд мп делятся на RISC – Reduced Instruction Set Computer.
- 14. И микропроцессор и микроконтроллер предназначены для выполнения некоторых операций — они извлекают команды из памяти и
- 15. Что такое микропроцессор Микропроцессор (в ангоязычной литерату-ре MPU — Micro Processor Unit) содержит функционал компьютерного центрального
- 16. Существует четыре основных типа процессоров, различающихся своей архитектурой. Микропроцессоры с полным набором команд (Complex Instruction Set
- 17. Микропроцессоры с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer, RISC-архитектура). Обладают, как правило, повышенным быстродействием за
- 18. Микропроцессоры с минимальным набором команд (Minimal Instruction Set Computer,MISC-архитектура). В отличие от RISC-архитектуры, в них исполь-зуются
- 19. В суперскалярных процессорах (Superscalar Processors) используются несколько декодеров команд, которые загружают работой множество исполнительных блоков. Планирование
- 20. Отдельно можно выделить микропроцессоры специального назначения (ASIC — Application Specific Integrated Circuit). Как следует из названия,
- 21. Примерами таких микропроцессоров может быть микросхема, разработанная исключительно для управления мобильным телефоном, микросхемы аппаратного кодирования и
- 22. Системы на основе микропроцессоров строят примерно следующим образом. Система, основанная на микропроцессоре.
- 23. Как видно, микропроцессор в этой системе имеет множество вспомогательных устройств, таких как постоянное запоминающее устройство, оператив-ная
- 24. Что такое микроконтроллер Ниже представлена блок-схема микроконтроллера. Какого же его основное отличие от микропроцессора? Все опорные
- 25. Внутреннее устройство микроконтроллера.
- 26. Микроконтроллер не что иное, как микропроцессорная система со всеми опорными устройствами, интегрированными в одном чипе. Если
- 27. Ядро микроконтроллера (центральный процессор), как правило строится на основе RISC-архитектуры. Программа, записанная в память микроконтроллера может
- 28. Сравниваем микроконтроллер и микропроцессор
- 32. Однокристальный микропроцессор — это конструктивно законченное изделие в виде одной БИС Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации
- 33. К этому типу относятся процессоры компаний Intel Pentium (Р5, Р6, Р7), AMD К5,К6, Cyrix — 6x86,
- 34. Многоядерные процессоры. В центре современного центрального микропроцессора находится ядро (core) – кристалл кремния площадью примерно один
- 35. Преимущества многоядерных процессоров. Возможность распределять работу программ, например, основных задач приложений и фоновых задач операционной системы,
- 36. Недостатки многоядерных процессоров. Количество оптимизированного под многоядерность программного обеспечения ничтожно мало (большинство программ рассчитано на работу
- 37. По сообщению пресс-службы AMD, на сегодня рынок 4-ядерных процессоров составляет не более 2% от общего объема.
- 38. Микропроцессорная система — это вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, основным устройством обработки информации в которой является
- 39. Микропроцессорный комплект (МПК) — совокупность интегральных схем, совместимых по электрическим, информационным й конструктивным параметрам и предназначенных
- 40. Состав МПК БИС К580 Тип БИС Наименование КР580ВМ80 Микропроцессор КР580ВВ55 Программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ51 Программируемый последовательный
- 41. Интерфе́йс-совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, обеспечивающих совместную работу блоков аппаратуры. С развитием вычислительной техники расширяется
- 42. Уже давно названные объекты выполняют не только и не столько вычисления, сколько преобразования информации, а именно
- 43. Что касается толкования понятия «вычислительная система», то имеются различные его определения: Вычислительная система может содержать лишь
- 44. Под ресурсом понимается любой логический или физический компонент ЭВМ и предоставляемые им возможности. Основные ресурсы —
- 45. Их реализация позволяет «спрятать» аппаратные особенности ЭВМ и тем самым предоставить в распоряжение пользователей и программистов
- 46. Пользовательский интерфейс фактически представляет собой язык команд (в текстовом, графическом или ином представлении), с помощью которого
- 47. Под процессом (задачей) понимается программа со всеми наборами данных, необходимых для ее выполнения (входные данные), а
- 48. Современные многоуровневые машины Большинство современных компьютеров состоит из двух и более уровней. Существуют машины даже с
- 49. На самом нижнем уровне из тех, что мы будем изучать, а именно, на цифровом логическом уровне,
- 51. Следующий первый уровень называется уровнем микроархентектуры. На этом уровне находятся совокупности 8 или 32 регистров, которые
- 52. На некоторых машинах работа тракта данных контролируется особой программой, которая называется микропрограммой. На других машинах тракт
- 53. На машинах, где тракт данных контролируется программным обеспечением, микропрограмма — это интерпретатор для команд на уровне
- 54. Уровень 2 мы будем называть уровнем архитектуры набора команд. Каждый производитель публикует руководство для компьютеров, которые
- 55. Следующий 3 уровень обычно является гибридным. Большинство команд в его языке есть также и на уровне
- 56. Новые средства, появившиеся на уровне 3, выполняются интерпретатором, который работает на втором уровне. Этот интерпретатор был
- 57. Между уровнями 3 и 4 есть существенная разница. Нижние три уровня задуманы не для того, чтобы
- 58. Другое различие между уровнями I, 2, 3 и уровнями 4, 5 и выше - особенность языка.
- 59. Уровень 5 обычно состоит из языков, разработанных для прикладных программистов. Такие языки называются языками высокого уровня.
- 60. В некоторых случаях уровень 5 состоит из интерпретатора для конкретной прикладной области, например символической логики. Он
- 61. ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков 1. По принципу действия . 2. По поколениям (этапам создания
- 62. 1. Классификация вычислительных машин по принципу действия
- 63. Здесь выделяют аналоговые (непрерывного действия АВМ )- АВМ; цифровые (дискретного действия) - ЦВМ; гибридные (на отдельных
- 64. ГВМ — гибридные вычислительные машины, или вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в
- 65. 3 По характеру взаимодействия его составляющих частей. Многообразие ПЭВМ в зависимости от характера связей процессора, памяти
- 66. Рис. 4. Структура ЭВМ с каналами ввода-вывода
- 67. Концепция магистральной структуры представлена на рис. 5. Рис. 5. Магистральная структура ЭВМ
- 68. Гарвардская и принстонская архитек-туры. Много лет назад правительство Соединенных Штатов дало задание Гарвардскому и Принстонскому университетам
- 69. Рис. 6. Структура компьютера с архитектурой фон Неймана (принстонская архитектура)
- 70. Машины фон Неймана хранят программу и данные в одной и той же области памяти. В машинах
- 71. Гарвардский университет представил разработку компьютера, в котором для хранения программ и данных использовались отдельные банки памяти
- 72. Рис. 7. Структура компьютера с гарвардской архитектурой
- 73. Принстонская архитектура выиграла сорев-нование, так как она больше соответствовала уровню технологии того времени. Использование общей памяти
- 74. 8. Особенности структуры памяти микроконтроллеров с гарвардской архитектурой (структура памяти соответствует МК МСS 51)
- 75. Основным преимуществом архитектуры фон Неймана (принстонской архитектуры) является то, что она упрощает устройство микропроцессора, так как
- 76. Все это предоставляет большую гибкость для разработчика программного обеспечения, прежде всего в области операционных систем реального
- 77. Важно отметить, что часто необходимо произвести выборку трех компонент – инструкции и двух операндов, на что,
- 78. Эта архитектура предпочтительна для приложений, требующих больших объемов математических вычислений, например, таких, как БПФ и КИХ-фильтрация,
- 79. Рис. 9. Расширенная гарвардская архитектура микропроцессоров (SHARC)
- 80. ВЫВОДЫ 1. Таким образом, в большинстве случаев в ПЭВМ и универсальных МП реализуется принстонская магистральная архитектура,
- 81. 2. В микроконтроллерах (MCU) и цифровых процессорах обработки сигналов (DSP) чаще всего используется другая магистральная архитектура
- 82. 4. Классификация архитектур по взаимодействию потока команд и потока данных Предыдущая классификация охватывала взаимодействие трех основных
- 83. Рис. 10. Структура типа ОКМД (SIMD)
- 84. Тип ОКМД или Одиночный поток Команд и Множественный поток Данных (SIMD – Single Instruction – Many
- 85. Эту схему обработки часто называют векторной, а мультипроцессор – векторным процессором. С его помощью очень удобно
- 86. Структура типа MISD (MISD– Many Instruction – Single Data) предназначена для обработки множественного потока команд и
- 87. Этот вид обработки похож на промышленный конвейер: роль рабочих мест играют процессоры, а заготовок – данные.
- 88. Рис. 11. Структура типа МКОД (MISD)
- 89. Тип МКМД (MIMD– Many Instruction – Many Data) предусматривает наиболее полное и независимое распараллеливание процесса. Эта
- 90. Рис. 12. Структура типа МКМД (MIMD)
- 91. История создания МП В 1969 г. фирма Intel (год основания фирмы – 1968) объявила о создании
- 92. Эта разработка оказалась настолько интересна, что Хоффу удалось убедить руководство компании выкупить права на нее у
- 93. Начнем обзор с процессоров - корпорации Intel, которая была основана в 1968 г. Первый процессор, разработанный
- 94. Первое поколение процессоров. Очередной революционный процессор Intel – i8086 – появился в 1978 г. Его основные
- 95. Второе поколение процессоров. Память в 1 Мбайт – была довольно долго большим объемом, но со временем
- 96. Третье поколение процессоров. Развитие многозадачности началось после выхода микропроцессора i80386 в 1985 г. Это первый 32-разрядный
- 97. Четвертое поколение процессоров. Концепция параллельного функционирования внутренних устройств нашла свое дальнейшее развитие в процессоре i80486 (1989
- 98. Пятое поколение процессоров. Первый Pentium 60 (66), знаменитый своей ошибкой блока с плавающей точкой, был представлен
- 99. Шестое поколение процессоров. Линейку процессоров Pentium 75-200 МГц можно охарактеризовать по следующим особенностям: кэш L1 16
- 100. AMD выпускает процессор К5-PR133 (реально работающий на частоте 116,7 МГц). Этот процессор имеет встроенный кэш 24
- 101. Седьмое поколение процессоров. В конце 1995 г. Intel выпускает Pentium Pro, который до начала 1997 г.
- 102. Начиная с модели Pentium 133, был введен блок ММХ-команд (MultiMedia eXtensions). Цель данного блока увеличить производительность
- 103. 1997 г. - процессоры Pentium ММХ снимаются с производства, а в качестве альтернативы Intel выпускает Pentium
- 104. Был разработан новый разъем для процессора Slot 1 и сам процессор теперь представлял собой не отдельную
- 105. Для дешевых настольных компьютеров выходит модификация Pentium II под названием Celeron (кодовое название ядра Covington). Первые
- 106. На рынке присутствуют 2 идентичных набора процессоров, отличающиеся только разъемом Slot 1 (картридж) и Socket 370
- 107. "Настоящий" процессор Pentium III (ядро Coppermine). Intel 25 октября 1999 г. анонсировала сразу 9 (!) процессоров
- 108. Новое поколение Celeron (на ядре Coppermine) отличается от своего более дорогого собрата, Pentium III, урезанным L2
- 109. Технология 0,18 мкм с архитектурой Р6 исчерпала себя полностью, поэтому для дальнейшего повышения частоты Pentium III,
- 110. Июнь 2000 г. положил начало новому витку противостояния AMD и Intel, в этот раз – на
- 111. В конце ноября 2000 г. Intel представляет процессор Pentium 4 (кодовое название Willamette), архитектура NetBurst которого
- 112. В новом процессоре также обновился блок инструкций SSE, дополнился еще 144 инструкциями и стал именоваться SSE2.
- 113. С выходом 0.13 мкм Pentium 4 Northwood, разрешилась проблема с тепловыделением. Компактные размеры нового процессора FC-PGA
- 114. В 2003 г. пять новых процессоров Pentium4 с частотами 2.8-3.6 ГГц, а также Pentium4 3.4 ГГц
- 115. 2 февраля 2004 г. произошёл массовый анонс целого ряда процессоров. Были анонсированы Pentium4 2800E, 3000E, 3200E,
- 116. Дополнительные улучшения Prescott: улучшенная предвыборка данных; улучшенное предсказание ветвлений; дополнительные буферы комбинированной отложенной записи в память;
- 117. Sempron 3100+ для Socket 754 ядро Paris, Sempron 2500+ (1750 МГц), 2600+ (1833 МГц), 2800+ (2000
- 118. 2004 г. Intel представила процессор Pentium 4 (ядро Tejas) на разъёме Socket T, изготовленного по технологии
- 119. Последующие поколения МП от корпорации Intel, представляющие собой 8-, 16-, 32- и 64-разрядные приборы, появились соответственно
- 120. 3.1. Компоненты архитектуры МП Архитектура МП – это совокупность функциональных возможностей, доступных пользователю, работающему на уровне
- 121. структурную схему МП; число и имена программно-доступных регистров (регистровая модель); разрядность машинного слова; систему команд; формат
- 122. организацию стека; организацию прерываний (обработку нештатных ситуаций-исключений); организацию интерфейса (interfaсe – сопрягать, согласовывать). Разрабатывая программное обеспечение
- 123. Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация макроархитектур. Новые микроархитектуры и/или схемотехнические решения вместе с прогрессом в
- 124. Физическая структура микропроцессора достаточно сложна. Ядро процессора содержит главный управляющий модуль и исполняющие модули — блоки
- 125. Микропроцессор в составе вычислительной выполняет следующие функции: вычисление адресов команд и операндов; выборку и дешифрацию команд
- 126. Основными параметрами микропроцессоров являются: разрядность; рабочая тактовая частота; виды и размер кэш-памяти; состав инструкций; конструктив; энергопотребление;
- 127. Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; Разрядность шины адреса
- 128. Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня: L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной
- 129. Состав инструкций — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная
- 130. Конструктив — определяет те физические разъемные соединения, которые использются для установки МП, и которые определяют пригодность
- 131. Все микропроцессоры можно разделить на группы: CISC (Complex Instruction Set Command) с набором системы полных команд
- 132. Логическая структура МП Логическая структура микропроцессора, т. е. конфигурация составляющих микропроцессор логических схем и связей между
- 133. 1) номенклатуру электронных блоков, необходимую и достаточную ятя реализации архитектурных требований; 2) способы и средства реализации
- 134. Современные компьютерные системы (КС) характеризуются большим разнообразием компонентов. Это определяется спецификой решаемых задач, состоянием предложений на
- 135. Если учесть то, что жизненный цикл компьютерной системы превышает пять лет, то оптимальное решение такой задачи
- 136. В истории развития компьютеров можно выделить четыре этапа, каждый из которых ознаменовался появлением компьютеров новых поколений
- 137. Например, стоимость выполнения 100000 вычислений снизилась с нескольких долларов в 50-е годы до менее чем $0.025
- 139. 2. Поколения ЭВМ Изделия современной техники, особенно вычислительной, традиционно принято делить на поколения. Основными признаками поколения
- 141. Компьютеры первого и второго поколений конструировались на основе электрова-куумных ламп и транзисторов. Основой третьего и четвертого
- 142. Огромные в размерах, компьютеры первого поколения, имели маленькую память, их вычислительные способности были сильно ограничены. Поэтому
- 143. Второе поколение: Транзисторы, 1957 – 1963 В компьютерах второго поколения в качестве устройств для хранения и
- 144. Компьютеры второго поколения имели до 32 килобайт оперативной памяти, а скорость вычислений их была от 200000
- 145. Третье поколение: Интегральные схемы, 1964 – 1979 Третье поколение компьютеров создавалось на основе интегральных схем (ИС),
- 146. Четвертое поколение: Сверх Большие Интегральные Схемы, 1980 – настоящее время Четвертое поколение компьютеров зародилось в начале
- 147. Большие универсальные ЭВМ (мэйн-фреймы), миникомпьютеры, микроком-пьютеры и суперкомпьютеры. Все компьютеры обрабатывают информацию одними и теми же
- 148. Большие универсальные ЭВМ (mainframes) или мэйн-фреймы – машины размером с комнату, памятью очень большой емкости, обеспечивающие
- 149. Миникомпьютеры (minicomputers), или ми-ниЭВМ – это компьютеры средних размеров (примерно с письменный стол), обычно используемые в
- 150. Когда-то (а точнее, в 80-х годах) любой микрокомпьютер не превышал размеров коробки из-под телевизора, но к
- 151. Рабочие станции применяются для решения инженерных и научных задач, где требуется мощные средства компьютерной графики и
- 152. Суперкомпьютеры или суперЭВМ (supercomputers) – очень сложные и мощные машины, которые применяются для решения задач, требующих
- 153. Вообще, можно классифицировать компьютеры по какому-либо одному показателю, например по емкости памяти. Так, на сегодня в
- 154. С другой стороны, персональные компьютеры стали выполнять некоторые задачи, для решения которых раньше применялись большие ЭВМ.
- 155. В некоторых организациях микрокомпьютеры действительно заменили мэйнфреймы и миниЭВМ. Процесс преобразования приложений, работающих на больших машинах,
- 156. Кроме того, не всегда можно перенести приложения, созданные для мэйнфреймов, на платформу микроЭВМ. Cуществует еще немало
- 157. Рис. 1.5 Коллективная обработка. При коллективной обработке данных, приложение разбивается на задачи, которые выполняются на различных
- 158. МИКРОКОМПЬЮТЕРЫ Каковы различия между сервером, рабочей станцией и персональным компьютером? Сервер – это аппаратное или программное
- 159. Появление серверов связано прежде всего с распространением в организациях локальных сетей. Локальные сети или ЛС (Local
- 160. Так появились серверы печати, или принт-серверы (print-servers). Потом стали применять серверы для хранения совместно используемых документов
- 161. Рабочие станции – более мощные и надежные компьютеры, предназначенные специально для выполнения каких-либо особых задач. Поэтому
- 162. Традиционная область применения рабочих станций – системы автоматического проектирования (САПР), а также системы моделирования сложных процессов.
- 163. СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА Суперкомпьютеры – это особый вид сверхсложных и сверхмощных компьютеров. Такие компьютеры применяются
- 164. Технические средства мультимедиа включают в себя, как правило, звуковую карту (sound card), микрофон, акустические системы и
- 165. Один из наиболее трудно реализуемых элементов мультимедиа – полноэкранное видео (full-motion video). При работе с видео
- 166. СУПЕРЧИПЫ В настоящее время продолжаются исследования в области полупроводников, направленные на уменьшение размеров элементов микросхем. Существующие
- 167. Верхний из представленных на Рис. 1.8 графиков показывает, что толщина проводников микросхем давно уже меньше толщины
- 168. Рис. 1.8 Уменьшение в размерах и увеличение производительности микропроцессоров.
- 169. КОМПЬЮТЕРЫ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ Современные компьютеры спроектированы по принципам архитектуры Фон Неймана (Von Neumann architecture). Они обрабатывают
- 170. Суперпараллельные компьютеры (massive-ly parallel computers), схема работы которых показана на Рис. 1.9, включают в себя сложнейшие
- 171. Суперпараллельные компьютеры имеют преимущество перед современными ЭВМ еще и благодаря своей сравнительно низкой стоимости: цена одной
- 172. Современные суперкомпьютеры способны выполнять сотни миллиардов вычислений в секунду. Суперкомпьютеры содержат десятки тысяч микропроцессоров и чипов
- 173. Рис. 1.9 Компьютерная архитектура. Сравнение последовательной, параллельной и суперпараллельной обработки данных.
- 174. В 1976 году Джеймс Трейбиг (James Treybig) основал компанию Tandem. Начальной целью было построение отказоустойчивых компьютеров.
- 175. Как известно, чтобы брюки не свалились в самый ответственный момент, рекомендуется одновременно надевать ремень и подтяжки.
- 176. Позже вопрос встал по-другому: а почему бы не соединить несколько таких компьютеров в одну систему, чтобы
- 177. Хотя кластеры серверов создавались прежде всего для обеспечения отказоустойчивости, с применением идей параллельной и суперпарал-лельной обработки,
- 178. Тенденции развития аппаратного обеспечения компьютеров На протяжении последних 30 лет цена на компьютеры каждые десять лет
- 179. Микропроцессоры помогают управлять автомобилями, системами вооружений, роботами и даже домашней техникой. Компьютеры объединяют возможности текста, графики,
- 180. МУЛЬТИМЕДИА Мультимедиа (multimedia) – технология, позволяющая интегрировать возможности двух и более типов данных – текста, графики,
- 181. Классификация вычислительных систем. Рассмотрим «академические» варианты предло-женных классификаций. Майкл Флинн предложил в 1966 году следующую классификацию
- 182. MISD (Multiple Instruction Single Data): разные потоки инструкций выполняются с одними и теми же данными. Среди
- 183. SIMD (Single Instruction Multiple Data): один поток инструкций выполняет вычисления одновременно с разными данными. MIMD (Multiple
- 184. Компьютерные системы и их классификация. Понятие платформы. Компьютер (вычислитель, ЭВМ) – это элект-ронный прибор, предназначенный для
- 185. Платформа обладает следующими признаками: * программное управление; * совмещение операций; * модульность построения; * иерархическая организация
- 186. Принципы фон Неймана для структуры компьютера: * ядро компьютера, образующее процессор, является единственным вычислителем в структуре,
- 187. Классификация вычислительных систем Компьютерная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих компьютеров (процессоров), периферийного оборудования и
- 188. Вычислительные системы классифицируются по: * назначению: универсальные, специализированные; * типу вычислителя: многопроцессорные, многомашинные; * характеру устройств:
- 189. Типы вычислительных систем по характеру параллелизма потока данных и потока команд (заданий): 1) одномашинная система (локальный
- 190. Организация вычислительного процесса Включает следующие этапы: 1. Анализ предметной области (постановка задачи). 2. Моделирование предметной области
- 191. Технические компьютерные средства. Локальные и терминальные комплексы Локальный комплекс – «Автоматизированное рабочее место». Терминальный комплекс включает
- 192. Многомашинные и сетевые комплексы Многомашинный комплекс – это объедине-ние двух и более вычислителей, находящихся на небольшом
- 193. Сетевой комплекс (информационно-вычислитель-ная сеть) – это комплекс вычислителей, находящихся на значительном расстоянии друг от друга (более
- 194. Сетевые устройства 1. Вычислители: серверы, фреймы, хосты. 2. Повторители: пассивные (хабы), активные (концентраторы). 3. Маршрутизаторы: порты,
- 196. Скачать презентацию