1 Основные направления применения микропроцессорных систем 1
Скачать 44.9 Mb.
|
388.Реализация последующих проектов фирмы Intel по разработке однокристальных микропроцессоров 2-го поколения привела к созданию МП i8080 (1974 г.), на основе которого был создан один из первых ПК "Альтаир". Характерными признаками МП 2-го поколения являются: более передовая n-канальная МОП-технология; повышение быстродействия на порядок; разделение шин адреса и данных, реализация различных способов адресации; наличие системы прерывании; расширенный набор команд. 35 389.К типичным представителям МП 2-го поколения относятся также Z80 CPU фирмы Zilog (США, 1976 г.) и КР580ВМ80 — отечественный аналог МП i8080(1975г.). 35 390.Основные технические характеристики микропроцессора КР580ВМ80А: 35 391.Разрядность шины данных 35 392.8 35 393.Разрядность шины адреса 35 394.16 35 395.Адресная пространство ,Кбайт 35 396.64 35 397.Частота тактовых импульсов, МГц 35 398.2 35 399.Длительность такта, мкс 35 400.0,5 35 401.Длительность операции сложения рег.-рег.,мкс 35 402.2 35 403.Число команд 35 404.78 35 405.Формат команд, байт 35 406.От 1 до 3 35 407.Число РОН 35 408.6 35 409.Число выводов корпуса 35 410.40 35 412.Начиная с 1978 г. стали появляться более мощные и современные 16-разрядные МП 3-го поколения, реализованные по n-канальной МОП-технологии с высокой степенью интеграции (~ 29000 транзисторов на кристалле). Первым, наиболее типичным представителем микропроцессоров нового поколения стал МП i8086/8088, представленный фирмой Intel в 1978г. 35 413.Необходимо отметить, что помимо Intel на рынке производства и сбыта МП существует еще целый ряд мощных, конкурирующих между собой фирм. Причем все фирмы-разработчики и производители МП можно разбить на две группы. Первая группа выпускает Intel-совместимые МП. Указанные МП носят названия процессоров-клонов МП86, а фирмы производители — клонмейкерами. Основными фирмами первой группы являются фирмы AMD (Advanced Micro Devices), NEC, Cyrix, Chips & Technologies. Вторую группу составляют фирмы, микропроцессоры которых имеют архитектуру, отличную от архитектуры Intel-совместимых МП, и несовместимых с ними по командам. Это фирмы Motorola, DEC, SUN, Microsystems и некоторые другие. 35 414.Отличительными особенностями МП 3-го поколения МП являются (на примере i8086): увеличение в 2 раза количества внутренних регистров и их раз- рядности, что дало возможность увеличить производительность МП в 10 раз по сравнению с МП 2-го поколения; адресная шина увеличена до 20 бит, что позволило непосредственно адресовать 1 Мбайт оперативной памяти; более широкий набор команд; тактовая частота 5-8 МГц; производительность 0,33 MIPS (Million Instruction Per Second - миллион операций в секунду). 35 415.Отечественный однокристальный 16-разрядный микропроцессор типа КМ1810ВМ86 в функциональном отношении является полным аналогом микропроцессора типа i8086. Он успешно применялся в разработках микропроцессорных систем и микроЭВМ в нашей стране. 35 416.Микропроцессор i80286, выпущенный фирмой Intel в 1982 г., является переходным от 16-разрядных МП 3-го поколения к 32-разрядным МП 4-го поколения. На кристалле данного МП было реализовано около 130 тыс. транзисторов. 35 417.Наряду с увеличением производительности этот МП мог работать в двух режимах: реальном и защищенном. Если первый режим был вполне похож на режим работы обычного i8086/88, то второй уже позволял работать с памятью свыше 1 Мбайт, реализовывать мультизадачность. Этот МП имеет 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. При тактовой частоте 8 МГц достигнута производительность 1,2 MIPS. 35 418.4-е поколение 32-разрядных МП появилось в середине 80-х годов, к нему относятся МП i80386 (1985 г.), который в последствии получил название i80386 DX, Am386DX фирмы AMD, MC 68020 фирмы Motorola. К отличительным особенностям первых МП 4-го поколения относятся (рассматриваем на примере МП i80386 DX): полностью 32-разрядная архитектура (шины данных и адреса, внутренние узлы МП ); наличие специального устройства управления памятью MMU (Memory Management Unit), которое помимо блока сегментации было дополнено блоком управления страницами, что позволило легко переставлять сегменты из одного места памяти в другое (свопинг) и освобождать при необходимости килобайты памяти; наличие внутренней сверхоперативной КЭШ-памяти (например: 16 байт сверхоперативной КЭШ-памяти у МП i80386), обладающей значительно более высоким быстродействием по сравнению с основной памятью. Это является следствием того, что кэш-память построена на более быстродействующих, но и на более дорогих статических запоминающих устройствах в отличие от основной памяти, пocтpoeнной на более дешевых, но и на более медленных динамических запоминающих устройствах. Ускорение выполнения программ с использованием кэш-памяти достигается благодаря тому, что в нее записываются наиболее часто адресуемые команды и данные. 36 419.Первые 32-разрядные МП производились по n-МОП- или КМОП- технологиям и содержали около 200 тыс. транзисторов на кристалле, имели тактовую частоту 16-40 МГц, быстродействие - примерно 6 MIPS. 36 420.В 1989г. фирма Intel впервые представила МП i486 DX, который содержал около 1,2 млн транзисторов на кристалле. Новая микросхема в первые объединила на одном чипе такие устройства, как центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память, объем которой увеличен до 8 Кбайт. На тактовой частоте 25 МГц МП показал производительность 16,5 MIPS. 36 421.МП i486 содержит на кристалле центральный процессор (ЦП), блок процессора с плавающей точкой, устройство управления, диспетчер памяти, блок предвыборки команд и данных, интерфейс магистрали (рис.3.6). 36 422.Устройство обработки данных МП включает АЛУ, восемь 32-разрядных регистров общего назначения и многоразрядный сдвигатель, используемый при арифметических и циклических сдвигах в операциях умножения и деления. Блок процессора с плавающей точкой FPU по своей структуре по своей структуре и с точки зрения программного обеспечения соответствует арифметическому сопроцессору 80387. Он имеет собственные регистры данных и управления, работает параллельно с центральным процессором и обеспечивает обработку данных с плавающей точкой в соответствии со стандартом IEEE 754-1985. 36 423.Устройство управления включает дешифратор команд, которые поступают из блока предварительной выборки (очереди команд), и блок микропрограммного управления, содержащий ПЗУ микропрограмм. Устройство управления формирует последовательность микро команд, которые поступают на все блоки микропроцессора, обеспечивающие выполнение очередной команды и переход к следующей. 36 424.Диспетчер памяти MMU (Memory Management Unit) состоит из блока сегментации и блока страничной адресации. Он осуществляет двухступенчатое формирование физического адреса ячейки памяти: сначала в пределах сегмента, а затем в пределах страницы. 37 425.Диспетчер обеспечивает два режима работы микропроцессора i486 - режим реальных адресов (реальный режим) и режим защищенных виртуальных адресов (защищенный режим). В реальном режиме i486 работает как очень быстрый микропроцессор 8086. При этом реализуется расширенный набор команд и допускается увеличение разрядности операндов и адресов до 32. В защищенном режиме могут одновременно выполняться несколько задач (программ). Задачи изолированы и защищены одна от другой и от операционной системы микропроцессора i486. Специальный механизм обеспечивает переключение задач. 37 426.В i486, как и в ряде предыдущих моделей (80286, 80386), используется четыре уровня защищенности (0, 1, 2, 3), определяющих возможность доступа к различным разделам (сегментам) памяти: уровень 0 - наибольшая защищенность, уровни 1, 2, 3 - более низкая степень защиты, которая уменьшается при возрастании номера уровня. Для каждой выполняемой программы (задачи) устанавливается один из четырех уровней привилегий, дающих право вызова сегментов: уровень 0 - максимальные привилегии, позволяющие вызывать сегменты с любым уровнем защищенности; уровень 3 - минимальные привилегии, допускающие вызов сегментов только с минимальным уровнем защищенности 3; уровни 1, 2 имеют, соответственно, промежуточные привилегии. Устанавливаемые с помощью этих уровней правила обращения обеспечивают эффективную защиту сегментов от несанкционированного доступа. Предусмотрены также возможности управления доступом к устройствам ввода/вывода. 37 427.Сегментация является средством управления пространством логических адресов, она обеспечивает мобильность и повышает защищенность программ. Сегментированная память представляет собой набор блоков, характеризуемых определенными атрибутами, такими, как расположение, размер, тип (стек, программа, данные), характеристика защиты. В системе на основе микропроцессора i486 каждой задаче доступны до 16387 сегментов величиной до 4 Гбайт каждый. Следовательно, обеспечивается возможность использования до 64 Тбайт ( 641012 байт) виртуальной памяти для каждой задачи. 37 428.Блок страничной адресации действует на более низком уровне, разбиение памяти на страницы возможно только в защищенном режиме. Каждый сегмент делится на страницы размером по 4 Кбайта, которые могут размещаться в любом месте памяти. 38 429.Наличие блоков сегментации и страничной адресации, их одновременное функционирование обеспечивают максимальную гибкость проектируемой системы. Сегментация полезна для организации в памяти локальных модулей и является инструментом прикладного программиста, в то время как страницы нужны системному программисту для эффективною использования физической памяти системы. 38 430.Блок предвыборки команд и данных включает устройство предвыборки команд и внутреннюю кэш-память. Первое осуществляет заполнение очереди команд длиной 32 байта, причем выборка байтов из памяти производится в промежутках между магистральными циклами команд. Внутренняя кэш-память размером 8 Кбайт позволяет существенно повысить производительность микропроцессора за счет буферизации в ней часто используемых команд и данных, сокращения числа обращений к основной памяти. Она представляет собой 4-входовую ассоциативную память со стратегией сквозной записи. Внутренняя кэш-память имеет несколько режимов работы, обеспечивающих гибкость при выполнении рабочих программ и в процессе отладки. Заполнение строки кэш-памяти осуществляется быстрыми пакетными циклами. Отдельные страницы памяти могут быть закрыты для кэширования аппаратно или программно. 38 431.Интерфейсный блок реализует протоколы обмена микропроцессора i486 с памятью, контроллерами ввода/вывода, другими активными устройствами системы. Обмен осуществляется с помощью 32-разрядной двунаправленной шины данных, 34-разрядной шины адреса и 32- разрядной шины управления. Шина данных микропроцессора i486 двунаправленная, ее разрядность может изменяться в ходе работы. За один цикл могут быть переданы 8, 16 или 32 бита. Шина адреса включает тридцать адресных линий (АЗ1-А2) и четыре линии выбора байтов (BE3# - BE0#). Сигналы выбора байтов определяют, какие байты 32-разрядной шины данных участвуют в текущем цикле обмена. Это позволяет без дополнительной аппаратуры согласовать 32-разрядную шину данных микропроцессора с байтной организацией памяти системы. Линии адреса АЗ1-А2 являются двунаправленными, адрес вводится в микропроцессор в циклах закрытия строки кэш-памяти. Шина управления включает одиннадцать выводов, сигналы которых управляют циклами магистрали, и двадцать один вывод управления состоянием процессора, взаимодействием с другими активными устройствами магистрали. 38 432.Основными отличиями циклов магистрали микропроцессора i486 являются: машинный такт длительностью в один период внешнего синхросигнала, наличие механизма пакетной передачи для пересылки длинных операндов, улучшенный арбитраж магистрали, возможность организации 8- разрядной шины данных, контроль передаваемых данных по четности. 38 433.В марте 1993 г., фирма Intel начала промышленный выпуск 60 и 66-мегагерцовых версий МП 5-го поколения, которые должны были называться i80586. Однако фирма дала им собственное имя — Pentium. 38 434.Новая микросхема содержит около 3,1 млн транзисторов и имеет 32-разрядную адресную и 64-разрядную шину данных. Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность около 112 MIPS. Высокая производительность процессора Pentium достигается усовершенствованием старых и применением новых технологий. Так, по сравнению с процессором 486 в Pentium получил дальнейшее существенное развитие так называемый конвейерный режим, т. е. считывание новых команд во время выполнения старых. Процессор может выполнять одновременно две параллельные команды. Новым средством процессора является предсказание переходов. Для этого имеется специальный буфер цели — Branch Target Buffer (BTB), который «предсказывает», как будет разветвляться выполнение этих команд. Предусмотрены также два буфера предвыборки, в которые команды считываются до их фактического выполнения. 38 435.В начале 1996 г. фирмы AMD и Cyrix представили свои процессоры класса Pentium: Am5k86 (K5) и Сх6х8б (М1). Указанные процессоры были выпущены на различные тактовые частоты и их производительность была соизмерима с МП Pentium аналогичной частоты. Необходимо отметить, что примерно при равной производительности процессоры указанных фирм (особенно AMD) существенно дешевле МП Pentium. 44 436.По сравнению с микропроцессорами-клонами предыдущих поколений МП K5 и Ml имеют отличную архитектуру от других МП 5-го поколения. МП K5 представляет собой четырехконвейерный RISC-процессор, который снабжен предварительным транслятором, преобразующим команды х86 в простые и регулярные RISC-команды. 44 437. Особенности архитектуры МП М1 по сравнению с архитектурой Pentium состоят в следующем: 44 в Ml реализован механизм «продвижения даннных (data forwarding), сущность которого заключается в том, что если две последовательные команды используют одни и те же данные, то данные передаются непосредственно от одной команды к другой, минуя операцию чтения памяти. 44 Ml имеет дополнительный стек возвратов (return stack), который позволяет быстрее находить адрес возврата из процедуры при работе с данными, хранящимися, как правило, вместе с адресами возврата. 44 Пошаговое исполнение ( с помощью команды CPUID). 46 438.В феврале 1995 г. Intel провел презентацию первых рабочих образцов МП 6-го поколения 80686 (Р6), который также имеет собственное имя — Pentium Pro. Кристалл данного МП содержит 5,5 млн. транзисторов и обеспечивает наивысший уровень производительности. CPU Pentium Pro достигает сверхбыстродсйствия, за счет использования технологии, известной как динамическое выполнение (dynamic Execution). Динамическое выполнение основано: 47 на предсказании ветвлений (multiple branch prediction), т.е. на увеличении объема работ, доступных процессору для выполнения; — на потоковом анализе (data flow analysis), который организует планировку последовательности выполнения команд независимо от их оригинального порядка; 47 на спекулятивном выполнении (specylative execution) . CPU 47 4.2. Микропроцессоры шестого поколения 47 439.Фирма Intel до 1997 г. выпускала процессоры Pentium с частотами 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 и 200 МГц. Их общие особенности: встроенный в процессор cache первого уровня (напомним, что cache второго уровня 256 или 512 Кб в те времена располагался непосредственно на материнских платах) 16 Кб; технология изготовления - 0,35 микрон (для процессоров 120 Мгц и ниже - 0,6 микрон ); содержат ~ 3,3 миллиона транзисторов. 49 |
Похожие:
 | Программа дисциплины “Микропроцессорные устройства технических систем” для подготовки инженеров Изучение особенностей применения микропроцессорных устройств в системах автоматики и телеуправления, а также в изделиях электронной... | | Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной... Целью настоящего курса является дать понятие о микропроцессорах и однокристальных микро-эвм, области их применения, дать основы функционирования... |
| Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Микропроцессорные... Цель работы изучение современных однокристальных микроконтроллеров с cisc- и risc- архитектурой, организации их памяти и функционирования,... | | Проектирование микропроцессорных систем методические указания к курсовому проектированию ... |
| Правительство Российской Федерации Московский институт электроники... Целью курса "Микропроцессорные системы" является ознакомление студентов с микропроцессорными средствами и методами проектирования... | | Реферат на тему: «Основы микропроцессорных систем» Эвм, но имеющие несравнимо меньшие размеры. Микропроцессоры относятся к классу микросхем, особенностью которых является возможность... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «основы микропроцессорной техники» Изучение дисциплины направлено на освоение принципов построения и функционирования микропроцессорных систем, а также работы в среде... | | Негосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение... Распределенные объектные архитектуры программных систем. Многоуровневые приложения. Основные понятия архитектуры распределенных систем.... |
| Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Целью дисциплины является изучение физических и математических основ компьютерной и микропроцессорной техники и принципов построения... | | Учебной дисциплины физика (с основами астрономии) для специальности 2201 Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных на уроках по физике и математике в школе, и является базой для изучения цифровой... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «электронные промышленные устройства» «Электроника электропривода», «Программные средства пэвм», «Теория автоматического управления», «Основы микропроцессорной техники»... | | Публичный отчёт «сош д. Звягино» в 2010-11 учебном году Основные направления Основные направления, содержание и формы деятельности педагогического коллектива регламентировались нормативными документами |
| Реферат Тема. Парапульпарные штифты Основные вопросы для изучения:... Исходящая информация: необходима для правильного клинического применения парапульпарных штифтов | | Расширенная программа дисциплины “ Экологическая геология Рассматриваются основные направления использования геофизических методов для геолого-экологического мониторинга окружающей среды... |
| Реферат на тему: «Вакансии по специальности экономическая кибернетика» Занимается в области применения информационных систем, решает функциональные задачи, а также управляет информационными, материальными... | | Конспект лекций по дисциплине: теория систем и системный анализ санкт-Петербург... Выбор показателя эффективности, математическая постановка задачи |
