Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК 2

Оглавление

Введение. …....………………………………………2
Теоретический вопрос: «Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК» ………….3
Практикум. Задача. ………………………………….13
Список использованной литературы. ………………22

Введение

В настоящем времени трудно назвать те области человеческой

деятельности, успехи в которых не были бы связаны с использованием

компьютера. Сфера применения компьютера постоянно расширяется, существенно влияя на развитие производительных сил нашего общества. Непрерывно изменяются технико-экономические характеристики компьютера, например, такие, как быстрота действия, ёмкость памяти, надёжность в работе, стоимость, удобства в эксплуатации, габаритные размеры, потребляемая мощность и др. В широком понимании всякий компьютер рассматривается как преобразователь информации. При этом под информацией понимается различные сведения о тех или иных явлениях природы, событиях общественной жизни или процессах, протекающих в технических устройствах. Все персональные компьютеры и растущее число наиболее современного оборудования работают на специальной электронной схеме, названной микропроцессором. Часто его называют компьютер в чипе. Современный микропроцессор - это кусочек кремния, который был выращен в стерильных условиях по специальной технологии.

В данной работе мною изложены основные теоретические сведения о

логическом устройстве микропроцессора, его предназначении и принципах работы.

За время существования электронная промышленность пережила немало потрясений и революций. Коренной перелом - создание электронных микросхем на кремниевых кристаллах, которые заменили транзисторы и которые назвали интегральными схемами. Со времени своего появления интегральные схемы делились на: малые, средние, большие и ультра большие (МИС, СИС, БИС и УБИС соответственно). Все больше и больше транзисторов удавалось поместить на всё меньших и меньших по размерам кристаллах. Следовательно, ультра большая интегральная схема оказывалась не такой уж большой по размеру и огромной по своим возможностям. Поэтому процессоры созданы именно на основе УБИС. Развитие микропроцессоров в электронной индустрии проходило настолько быстрыми темпами, что каждая модель микропроцессора становилась маломощной с момента появления новой модели, а ещё через 2-3 года считалась устаревшей и снималась с производства.¹

Микропроцессор - это программно управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессами этой обработки, выполненной в виде одной или нескольких интегральных схем с высокой степенью интеграции электронных компонентов.²

Внутренняя структура микропроцессора.

Любая ЭВМ предназначена для обработки информации, причем, как правило, осуществляет эту обработку опосредовано – представляя информацию в виде чисел. Именно микропроцессор предназначен для работы с числами и является важнейшей частью компьютера. Микропроцессор - это универсальное логическое устройство, которое оперирует с двоичными числами, осуществляя простейшие логические и математические операции, и не просто как придется, а в соответствии с программой, т.е. в заданной последовательности. Для хранения этой заданной последовательности служат запоминающие устройства – ЗУ. ЗУ бывают постоянными – ПЗУ, в которых информация хранится, не изменяясь сколь угодно долго, и оперативными – ОЗУ, информация в которых может быть изменена в любой момент в соответствии с результатами ее обработки. Процессор общается с ОЗУ и ПЗУ через так называемое адресное пространство, в котором каждая ячейка памяти имеет свой адрес.

В общем случае в состав микропроцессора, кроме ЗУ входят: арифметико-логическое устройство (АЛУ), блок управления и синхронизации, регистры и другие блоки, необходимые для выполнения операций вычислительного процесса.

А Л У - арифметико-логическое устройство. Оно обеспечивает выполнение основных операций по обработке информации.³

Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические операции, производимые над двоичными числами, причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы таких операций. Сложение, вычитание, умножение и деление – элементарные операции, выполняемые АЛУ ЭВМ. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу АЛУ. Помимо арифметического устройства АЛУ включает и логическое устройство, предназначенное для операций, при осуществлении которых отсутствует перенос из разряда в разряд. Иногда эти операции называют логическое И , и логическое ИЛИ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах – специально отведенных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций определяется минимальным временем сложения двух операндов, находящихся в регистрах. В случае, если одно или оба слагаемых находятся не в регистрах, а в запоминающем устройстве (ЗУ), учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ. В большинстве современных микропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.

РЕГИСТРЫ - внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора. ⁴

МП состоит из набора регистров памяти различного назначения, которые определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с некоторой системой правил. Регистр – это устройство, предназначенное для хранения и обработки двоичного кода. К внутренним регистрам процессора относят: счетчик адреса команд, указатель стека, регистр состояний, регистры общего назначения.

Роль счетчика состоит в сохранении адреса очередной команды программы и автоматическом вычислении адреса следующей. Благодаря наличию программного счетчика в ЭВМ реализуется основной цикл исполнения последовательно расположенных команд программы.

Стек – это особый способ организации памяти, при использовании которого достаточно сохранять адрес последней заполненной ячейки ОЗУ. Именно адрес последней заполненной ячейки ОЗУ и хранится в указателе стека. Стек используется процессором для организации механизма прерываний, обработки обращения к подпрограммам, передачи параметров и временного хранения данных.

В регистре состояний хранятся сведения о текущих режимах работы

процессора. Сюда же помещается информация о результатах выполняемых команд, например: равен ли результат нулю, отрицателен ли он, не возникли ли в ходе операции ошибки и т.п. Использование и анализ в этом регистре происходит побитно, каждый бит регистра имеет самостоятельное значение.

Регистры общего назначения (РОН) служат для хранения текущих обрабатываемых данных или их адреса в ОЗУ. У некоторых процессоров регистры функционально равнозначны, в других назначение регистров строго оговаривается. Информация из одного регистра может предаваться в другой.

УУ - устройство управления, управляет процессом обработки и обеспечивает связь с внешними устройствами.⁵ Выполняет следующие основные функции:

формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

Основные характеристики микропроцессора.

1. Тип микpопpоцессоpа.

Тип установленного в компьютеpе микpопpоцессоpа является главным фактоpом, опpеделяющим облик ПК. Именно от него зависят вычислительные возможности компьютеpа. В зависимости от типа используемого микpопpоцессоpа и опpеделенных им аpхитектуpных особенностей компьютеpа pазличают пять классов ПК⁶:

1. Компьютеpы класса XT;

2. Компьютеpы класса AT;

3. Компьютеpы класса 386;

4. Компьютеpы класса 486;

5. Компьютеpы класса Pentium.

2. Тактовая частота микpопpоцессоpа.

Импульсы тактовой частоты поступают от задающего генеpатоpа, pасположенного на системной плате.

Тактовая частота микpопpоцессоpа - количество импульсов, создаваемых генеpатоpом за 1 секунду.

Тактовая частота необходима для синхpонизации pаботы устpойств ПК.

Влияет на скоpость pаботы микpопpоцессоpа. Чем выше тактовая частота, тем выше его быстpодействие.

3. Быстpодействие микpопpоцессоpа.

Быстpодействие микpопpоцессоpа - это число элементаpных опеpаций,

выполняемых микpопpоцессоpом в единицу вpемени (опеpации/секунда).

4. Разpядность пpоцессоpа.

Разpядность пpоцессоpа - максимальное количество pазpядов двоичного

кода, котоpые могут обpабатываться или пеpедаваться одновpеменно.

5. Функциональное назначение микpопpоцессоpа.

1. Унивеpсальные, т.е. основные микpопpоцессоpы.⁷

Они аппаpатно могут выполнять только аpифметические опеpации и только над целыми числами, а числа с плавающей точкой обpабатываются на них пpогpаммно.

2. Сопpоцессоpы.⁸

Микpопpоцессоpный элемент, дополняющий функциональные возможности основного пpоцессоpа. Сопpоцессоp pасшиpяет набоp команд компьютеpа. Когда основной пpоцессоp получает команду, котоpая не входит в его pабочий набоp, он может пеpедать упpавление сопpоцессоpу, в pабочий набоp котоpого входит эта команда.

Например, существуют сопроцессоры математические, графические и т.д.

6. Аpхитектуpа микpопpоцессоpа.

В соответствии с аpхитектуpными особенностями, опpеделяющими свойства системы команд, pазличают:

1. Микpопpоцессоpы с CISC аpхитектуpой.⁹

CISC - Complex Instruction Set Computer - Компьютеp со сложной

системой команд. Истоpически они пеpвые и включают большое количество команд. Все микpопpоцессоpы фиpмы INTEL относятся к категоpии CISC.

2. Микpопpоцессоpы с RISC аpхитектуpой.¹⁰

RISC - Reduced Instruction Set Computer - Компьютеp с сокpащенной

системой команд. Упpощена система команд и сокpащена до такой степени, что каждая инстpукция выполняется за единственный такт. В следствие этого упpостилась стpуктуpа микpопpоцессоpа и увеличилось его быстpодействие.

Пpимеp микpопpоцессоpа с RISC-аpхитектуpой - Power PC. Микpопpоцессоp Power PC начал pазpабатываться в 1981 году тpемя

фиpмами: IBM, Motorolla, Apple.

3. Микpопpоцессоpы с MISC аpхитектуpой.¹¹

MISC - Minimum Instruction Set Computer - Компьютеp с минимальной

системой команд. Последовательность пpостых инстpукций объединяется в пакет, таким обpазом пpогpамма пpеобpазуется в небольшое количество длинных команд.

7. Тип коpпуса микpопpоцессоpа.¹²

Микросхемы современных микропроцессоров могут иметь пластмассовые или керамические корпуса.

PQFP - Plastic Quard FlatPack Package - микpопpоцессоpы в коpпусах этого типа впаиваются в системную плату, в pезультате чего замена микpопpоцессоpа становится невозможна.

ZIF - Zerro Insertion Force - с нулевым усилием сочленения - такой тип коpпуса имеет специальный зажим, с помощью котоpого они легко изымаются из системной платы с небольшим усилием.

PGA - Pin Grid Array коpпус керамический и имеет позолоченные выводы, что и позволяет очень легко устанавливать его в специальное гнездо.

Классификация микропроцессоров.

Микропроцессоры, используемые в средствах вычислительной техники различного назначения (для решения широкого круга разнотипных задач), называются универсальными. Микропроцессоры, предназначенные для построения какого-либо одного типа вычислительных устройств, называются специализированными;¹³ типичный пример – микропроцессор в калькуляторе. По способу управления различают микропроцессоры со схемным и микропрограммным управлением.¹⁴ Микропроцессоры со схемным управлением имеют более высокое
быстродействие, однако, их работа однозначно определяется постоянным набором команд (хранящихся в их памяти) и соответствующей электрической схемой, которая зачастую бывает довольно сложной из-за необходимости иметь в микропроцессоре как можно больше команд. Функционирование микропроцессора с микропрограммным управлением определяется последовательностью микрокоманд, состав и очередность выполнения которых устанавливается оператором. Такие микропроцессоры имеют сравнительно невысокое быстродействие, но они более универсальны, легче перестраиваются с одной
программы на другую.

По структуре микропроцессоры подразделяются на секционированные (как правило, с микропрограммным управлением) и однокристальные (с фиксированной разрядностью и постоянным набором команд).¹⁵ Секционированные микропроцессоры допускают расширение разрядности и емкости ЗУ (за счет подключения дополнительных секций) и обладают способностью к расширению своих функциональных возможностей. Это обусловлено тем, что секционированные микропроцессоры набираются из БИС, каждая из которых способна объединяться с другими БИС, образуя при этом различные функциональные устройства. К секционированным микропроцессорам обычно подключается БИС постоянного ЗУ с хранящимися в нем микрокомандами. Каждая новая микрокоманда поступает после исполнения предыдущей. Исходные данные передаются из оперативного ЗУ или из устройств ввода – вывода информации через мультиплексоры в секцию АЛУ. Результат выполнения операций через регистр-аккумулятор направляется по адресу, сформированному в выходном регистре адреса, а также на блок регистров для временного хранения и на мультиплексоры для использования на следующих этапах вычислений. Связь между секциями осуществляется через линии международных связей.

Однокристальный микропроцессор с фиксированной микро разрядностью и с постоянным набором команд конструктивно исполняется в виде одной БИС. Такой микропроцессор выполняет функции процессора ЭВМ, все операции которого определяются хранящимися в его памяти командами. Особенность однокристального микропроцессора –
наличие внутренней шины, по которой происходит обмен информацией между устройствами микропроцессора.

По функциональным возможностям микропроцессор соответствует процессору ЭВМ, выполненному на 20-40 ИС малой и средней степени интеграции, но обладает большим быстродействием, существенно меньшими размерами, массой, потребляемой мощностью и стоимостью.
Микропроцессоры получили широкое применение в системах управления технологическим и контрольно-испытательным оборудованием, транспортными средствами, космическими аппаратами, бытовыми приборами и т.д. Малые размеры, масса и энергоемкость микропроцессора позволяют встраивать его непосредственно в объект управления. На базе микропроцессора создаются различные типы микро-ЭВМ, контроллеров, программаторов и другие устройства автоматики и вычислительной техники.

Заключение

Внедрение и широкое использование средств вычислительной техники является одним из главных факторов ускорения научно-технического прогресса в нашей стране. Стремительно возрастает роль ЭВМ во всех областях человеческой деятельности. Без использования быстродействующих ЭВМ в настоящее время немыслима работа большинства предприятий. А повышение быстродействия ЭВМ в значительной мере зависит от повышения быстродействия входящего в её состав микропроцессора.

Темпы научно-технического прогресса, усиление роли науки в

значительной степени определяются качеством средств вычислительной техники и их программным обеспечением. Именно развитие этих средств обеспечивает успехи в автоматизации производственных процессов, в разработке новых технологий, в повышении эффективности труда и управления, в совершенствовании системы образования и в ускорении подготовки кадров.

Задача.

В бухгалтерии предприятия ООО «Александра» рассчитываются ежемесячные отчисления на амортизацию по основным средствам. Данные для расчета приведены на рис.10.1 и 10.2.

Построить таблицы по приведенным ниже данным.
Выполнить расчет начисленной амортизации в каждом месяце и остаточной стоимости основных средств на конец периода.
Организовать межтабличные связи для автоматического формирования сводной ведомости по начисленной амортизации.
Сформировать и заполнить сводную ведомость начисленной амортизации по основным средствам за квартал(рис 10.3.)
Результаты изменения первоначальной стоимости основных средств на конец квартала представить в графическом виде.

Ведомость расчета амортизационных отчислений

за январь 2006 г.

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

1242,00

Стеллаж

5996,00

Стол офисный

3584,00

Стол-приставка

1680,00

ИТОГО

Ведомость расчета амортизационных отчислений

за февраль 2006 г.

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

Стеллаж

Стол офисный

Стол-приставка

ИТОГО

Ведомость расчета амортизационных отчислений

за март 2006 г.

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

Стеллаж

Стол офисный

Стол-приставка

ИТОГО

Рис. 10.1. Данные о начисленной амортизации по месяцам

Первоначальная стоимость основных средств

Наименования основного средства

Первичная стоимость, руб.

Офисное кресло

2700

Стеллаж

7890

Стол офисный

5600

Стол - приставка

4200

Норма амортизации, % в месяц

Рис. 10.2. Данные о первоначальной стоимости основных средств.

ООО "Александра"

Расчётный период

по

СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ НАЧИСЛЕННОЙ АМОРТИЗАЦИИ ПО ОСНОВНЫМ СРЕДСТВАМ ЗА 1 квартал 2006 г.

Наименование основного средства

Первоначальная стоимость

Остаточная стоимость на начало квартала, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец квартала, руб.

Стол офисный

Офисное кресло

Стеллаж

Стол- приставка

ИТОГО

Бухгалтер: _________________________________

Рис. 10.3. Сводная ведомость начисленной амортизации за квартал

Описание алгоритма решения задачи.

Запустить табличный процессор MS Excel.
Создать книгу с именем «Александра».
Лист 1 переименовать в лист с названием Данные о начисленной амортизации.
На рабочем листе Данные о начисленной амортизации MS Excel создать таблицу Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.
Заполнить таблицу ведомости расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г. исходными данными.(рис 1)

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

1242,00

Стеллаж

5996,40

Стол офисный

3584,00

Стол-приставка

1680,00

ИТОГО

Рис.1.

6.На рабочем листе Данные о начисленной амортизации создать также таблицу Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.

7.Создать на этом же листе таблицу Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.

8.Лист 2 переименовать в лист с названием Первоначальная стоимость.

9.Заполнить таблицу первоначальной стоимости исходными данными.( рис 2)

Наименования основного средства

Первичная стоимость, руб.

Офисное кресло

2700

Стеллаж

7890

Стол офисный

5600

Стол - приставка

4200

Норма амортизации, % в месяц

Рис. 2.

10.Заполнить строку ИТОГО графы Начисленная амортизация таблицы Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г. следующим образом:

Занести в ячейку В7 формулу:

= СУММ(В3:В6)

11.Заполнить графу Начисленная амортизация таблицы Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г. следующим образом:

Занести в ячейку С3 формулу:

=В3*3%

Размножить введенную в ячейку С3 формулу для остальных ячеек (С4-С7)

Таким образом будет выполнен цикл, параметром которого является номер строки.

12.Заполнить графу Остаточная стоимость на конец месяца этой же таблицы следующим образом:

Занести в ячейку D3 формулу:

=В3-С3

Размножить введенную формулу для остальных ячеек данной графы (D4-D7).(рис 3)

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

1242,00

37,26

1204,74

Стеллаж

5996,40

179,892

5816,51

Стол офисный

3584,00

107,52

3476,48

Стол-приставка

1680,00

50,4

1629,60

ИТОГО

12502,40

375,072

12127,33

Рис. 3.

13.Вставить данные в графу Остаточная стоимость на начало месяца таблицы Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.

14.Заполнить графу Начисленная амортизация таблицы Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г. следующим образом:

Занести в ячейку С11 формулу:

=В11*3%

Размножить введенную формулу для остальных ячеек (С12-С15)

15. Заполнить графу Остаточная стоимость на конец месяца этой же таблицы следующим образом:

Занести в ячейку D11 следующую формулу:

=В11-С11

Размножить введенную формулу для остальных ячеек данной графы (D12-D16).(рис 4)

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

1204,74

36,1422

1168,60

Стеллаж

5816,51

174,49524

5642,01

Стол офисный

3476,48

104,2944

3372,19

Стол-приставка

1629,60

48,888

1580,71

ИТОГО

12127,33

363,81984

11763,51

Рис. 4.

16.Аналогичным образом заполнить таблицу Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.(рис 5)

Наименование основного средства

Остаточная стоимость на начало месяца, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец месяца, руб.

Офисное кресло

1168,60

35,057934

1133,54

Стеллаж

5642,01

169,2603828

5472,75

Стол офисный

3372,19

101,165568

3271,02

Стол-приставка

1580,71

47,42136

1533,29

ИТОГО

11763,51

352,9052448

11410,60

Рис. 5.

17.Лист 3 переименовать в лист с названием Сводная ведомость.

18.Создать на листе Сводная ведомость MS Excel форму сводной ведомости.

ООО "Александра"

Расчётный период

по

СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ НАЧИСЛЕННОЙ АМОРТИЗАЦИИ ПО ОСНОВНЫМ СРЕДСТВАМ ЗА 1 квартал 2006 г.

Наименование основного средства

Первоначальная стоимость

Остаточная стоимость на начало квартала, руб.

Начисленная амортизация, руб.

Остаточная стоимость на конец квартала, руб.

Стол офисный

2700

1242,00

108,46

1133,54

Офисное кресло

7890

5996,40

523,65

5472,75

Стеллаж

5600

3584,00

312,98

3271,02

Стол- приставка

4200

1680,00

146,71

1533,29

ИТОГО

20390

12502,40

1091,80

11410,60

Бухгалтер: _________________________________

19.Путем создания межтабличных связей заполнить созданную форму полученными данными.(рис 6)

Рис. 6.

20.Лист 4 переименовать в лист с названием График.

21.На рабочем листе График MS Excel результаты вычислений представить графически (рис 7.)

Список использованной литературы.

Вычислительные машины, системы и сети. Учебник под редакцией А.П. Пятибратова. - :Финансы и статистика,2007.
Еремин Е. А. Как работает современный компьютер. – Пермь, 2007.
Зальцман Ю. А. Архитектура и программирование на языке ассемблера БК- 0010. Информатика и образование, 2006, №1-4.
Острейковский В.А. Информатика: Учебник. – М.: Высшая школа,2006.
Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. – М.: Радио и связь, 2005 г.
Смирнов А. Д. Архитектура вычислительных систем. – М.: "Наука", 2006.
П. Нортон: Персональный компьютер изнутри.,2005.
Информатика. Лабораторный практикум для студентов 2 курса всех специальностей. – М.: ВЗФЭИ, 2006.
Практикум по экономической информатике: Учеб. Пособие. Ч1/под ред. Е.Л. Шуремова, Н.А. Тимаковой, Е.А. Мамонтовой.- М.: Перспектива, 2002.
Микушин А.В.Микропроцессоры. – http://www.computer-museum.ru/technlgy/proclect/content.htm (10.05.2008)