Микропроцессоры ПК. Информатика

Микропроцессор (Central Processing Unit — CPU) — функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших или сверхбольших интегральных схем.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

¦ обработка машинных команд (вычисление адресов команд и операндов; выборка и дешифрация команд из основной памяти; выборка данных из оперативной памяти, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств; прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств; обработка данных и их запись в основную память, регистры МПП и регистры адаптеров внешних узлов);

¦ выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.

Основными параметрами микропроцессоров являются: разрядность, рабочая тактовая частота, виды и размер кэш-памяти, состав инструкций, конструктив, энергопотребление, рабочее напряжение и др. Разрядность микропроцессора связана с разрядностью шины данных и разрядностью шины адреса. Если разрядность шины данных определяет число разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции, то разрядность шины адреса — адресное пространство, т. е. максимальное число ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцесору. Рабочая тактовая частота микропроцессора, системная плата и тактовая частота ее шины, наличие кэш-памяти в совокупности определяют быстродействие (производительность) ПК. Кэш-память, устанавливаемая на плате микропроцессора, имеет два уровня: L1 — память первого уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) и работающая всегда на полной частоте, и L2 — память второго уровня, отдельный кристалл, размещаемый на плате и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной, который работает на полной или половинной частоте микропроцессора.

Для микропроцессоров определенной модификации существует фиксированный набор инструкций (микропроцессорных команд), состав которых определяет классы микропроцессоров:

¦ CISC (Complex Instruction Set Command) — с набором системы полных команд;

¦ RISC (Reduced Instruction Set Command) — с набором системы усеченных команд;

¦ VLIW (Very Length Instruction Word) — со сверхдлинным командным словом.

Число элементов — это количество элементарных полупроводниковых переходов, размещенных в интегральной схеме микропроцессора.

Технология изготовления компьютерных элементов характеризуется их размером в микронах (микронная технология). Микропроцессоры 80 286 и выше поддерживают конвейерное выполнение команд — одновременное выполнение разных тактов последовательных команд в разных частях его при непосредственной передаче результатов из одной части в другую и обеспечивают рост производительности, возможность работы в вычислительной сети и многозадачной работы, защиту памяти. Микропроцессоры 486DX и выше имеют встроенный математический сопроцессор, могут работать с умножением внутренней частоты. С увеличенной частотой работают только внутренние схемы микропроцессора, все внешние по отношению к нему схемы, в том числе расположенные на системной плате, работают на обычной частоте.

Выделяют два основных режима работы микропроцессоров класса CISC:

• 1) реальный (однозадачный) — Real Address Mode, одновременно выполняется только одна программа, могут непосредственно адресоваться только (1024 + 64) Кбайт основной памяти ПК (расширенная память доступна при подключении специальных драйверов);
• 2) защищенный (многозадачный) — Protected Virtual Address Mode, одновременно выполняется несколько программ, обеспечена непосредственная адресация и прямой доступ (без дополнительных драйверов) к расширенной основной памяти (16 Мбайт для процессора 286; 4 Гбайт для процессоров 386, 486, Celeron; 128 Гбайт для Pentium Xeon и 64 Гбайт для остальных процессоров Pentium, при страничной организации памяти -16 Тбайт виртуальной памяти).