2) Характеристики микропроцессора. Виды процессоров.
Основные характеристики микропроцессоров ПК
Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя главными характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.
Рассмотрим характеристики процессоров более подробно.
1. Тип микpопpоцессоpа.
Тип установленного в компьютере микpопpоцессоpа является главным фактором, определяющим облик ПК. Именно от него зависят вычислительные возможности компьютера. В зависимости от типа используемого микpопpоцессоpа и определенных им аpхитектуpных особенностей компьютера различают пять классов ПК:
- компьютеры класса XT;
- компьютеры класса AT;
- компьютеры класса 386;
- компьютеры класса 486;
- компьютеры класса Pentium.
2. Тактовая частота микpопpоцессоpа - указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.
Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.
Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
3. Быстродействие микpопpоцессоpа - это число элементарных операций, выполняемых микpопpоцессоpом в единицу времени (операции/секунда).
4. Разрядность пpоцессоpа - максимальное количество pазpядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно.
5. Аpхитектуpа микpопpоцессоpа.
Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.
В соответствии с аpхитектуpными особенностями, определяющими свойства системы команд, различают:
- микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;
- микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
- микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;
- микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.
Характеристики и классификация процессоров и микропроцессоров
Поскольку процессор является основным устройством ЭВМ и именно в нем выполняются все вычисления и обработка информации, то его основные характеристики определяют эффективность использования ЭВМ в целом. К важнейшим характеристикам процессора, определяющим его вычислительные свойства, относятся: разрядность; емкость адресуемой памяти; длина конвейера; назначение (универсальный или специализированный); число внутренних регистров и т.д..
Эти же характеристики определяют и вычислительные свойства микропроцессора (МП). Но для оценки области использования и особенностей разработки вычислительной техники на основе МП важными являются также характеристики микропроцессора как интегральной схемы. Основными из них являются: быстродействие; потребляемая мощность; масса и габаритные размеры, число источников питания; надежность; эксплуатационная стойкость; стоимость.
Классификация MП по наиболее существенным из перечисленных характеристик служит основой для выбора эффективной области применения того или иного типа МП.
По назначению МП подразделяют на универсальные и специализированные.
К универсальным относят МП, имеющие широкое применение в различных областях при выполнении самых разных задач. В персональных компьютерах используются именно универсальные МП.
Специализированные МП предназначены для конкретных применений, их характеристики наиболее соответствуют определенному кругу задач. Например, в ранних моделях компьютеров применялись в основном универсальные МП (модели фирмы Intel 8088, 80286, 80386), в которых не была предусмотрена специальная команда для обработки чисел с плавающей запятой. При необходимости работы с такими числами МП выполнял каждую операцию очень медленно – за несколько десятков тактов. Поэтому на материнской плате было предусмотрено место для установки дополнительного специализированного МП, так называемого математического сопроцессора (модели фирмы Intel 8087, 80287, 80387).
Наличие дополнительного специализированного МП позволило уменьшить время выполнения некоторых операций (например, извлечение корня или вычисление тригонометрических функций) в десятки и сотни раз. Однако для большого числа пользователей, которым подобные вычисления не требуются, вполне достаточно только основного МП.
По разрядности МП подразделяют на МП с фиксированной и изменяемой разрядностью слова (модульные). Постоянное совершенствование микроэлектронных технологий позволяет непрерывно увеличивать разрядность МП. В настоящее время могут быть использованы 8-, 16-, 32-, 64-разрядные МП.
Число внутренних регистров служит одним из показателей вычислительных возможностей МП. Этот показатель также непрерывно возрастает: 2 — в самых простых МП, 8 и 16 — в достаточно распространенных, 64 и более — в МП типа Pentium и других новых моделях. Число регистров МП фактически характеризует объем сверхоперативной памяти МП с малым временем обращения.
Современные МП, как уже отмечалось, имеют кэш-память (или кэш) 1-го и 2-го уровней. Кэш 1-го уровня — это память с минимальным временем обращения. Его объем невелик (например, 16 Кбайт), тогда как объем кэш 2-го уровня достигает нескольких мегабайт.
Быстродействие МП характеризуется тактовой частотой, которая в новейших моделях составляет тысячи мегагерц.
Производительность МП является его интегральной характеристикой, которая зависит от тактовой частоты работы процессора, его разрядности, а также от особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.).
Производительность МП нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования по скорости выполнения МП определенных операций в какой-либо программной среде.
По способу управления МП подразделяются на микро- и макропрограммируемые. Микропрограммное управление позволяет пользователю установить свой собственный набор команд, который будет наилучшим образом соответствовать решению конкретных задач.
Обычно в микропроцессорных секциях с наращиваемой разрядностью применяется именно такой способ управления. Макропрограммное управление использует набор неизменных команд, определяемых схемой МП, поэтому такое управление называют также жестким аппаратным.
Число необходимых источников питания определяет сложность монтажа вычислительного устройства с МП и влияет на габаритные размеры, надежность и стоимость этого устройства. Обычно требуются два-три источника питания, но при некоторых технологиях изготовления удается обойтись одним.
Виды процессоров:
Буферный процессор [front-end processor] - Процессор или специализированная микроЭВМ, реализующие промежуточную обработку данных, которыми обмениваются центральный процессор или центральная ЭВМ с устройствами ввода-вывода .
Препроцессор [preprocessor] - 1. Программа, выполняющая предварительную обработку данных для другой программы; 2. То же, что буферный процессор.
CISC (Complex Instruction Set Computing) - “ Вычислитель со сложным набором команд”
RISC (Reduced Instruction-Set Computer) - “ Вычислитель с сокращенным набором команд” - Технология и архитектура построения микропроцессоров, альтернативная технологии CISC . Принцип построения RISC- процессоров основан на применении набора простых команд и “на их основе сборки” требуемых более сложных команд. Это позволяет сделать микропроцессоры более компактными и производительными, а также менее энергоемкими и дорогими.
Процессор-клон, клон [cloneprocessor, clone] - Процессор, выпускаемый другой фирмой - не его основным разработчиком и производителем, в том числе по лицензии или без нее. Как правило, клоны представляют собой собственную разработку выпускающих их фирм. При этом они могут быть как полностью, так и только частично совместимы с оригинальной продукцией, иметь отличные от них характеристики и даже успешно конкурировать с ними.