Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

Всероссийский заочный финансово-экономический институт

Кафедра автоматизированной обработки

Экономической информации

Курсовая работа по дисциплине: Информатика

на тему: Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

Воронеж– 2011

Оглавление

Введение

1. Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

1.1 Определение микропроцессора

1.2 Классификация микропроцессоров

1.3 Структура микропроцессора

1.4 Основные характеристики микропроцессоров ПК

2. Практическая часть

2.1 Общая характеристика задачи

2.2 Описание алгоритма решения задачи

Список литературы

микропроцессор таблица ведомость

Введение

Важнейший компонент любого персонального компьютера - это микропроцессор, который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации.

В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры.

Актуальность этой темы состоит в том, что микропроцессор компьютера является основой современной компьютерной техники. Компьютерная техника лежит в основе современного прогресса. Она обеспечивает работу современных станков, контроль технологических процессов на производстве, связь на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса. И в зависимости от того, как будет в будущем меняться мощность этой маленькой детали, будет зависеть производительность всей компьютерной техники в целом.

В микропроцессорах - наиболее сложных микроэлектронных устройствах - воплощены самые передовые достижения инженерной мысли. В условиях свойственной данной отрасли производства жесткой конкуренции и огромных капиталовложений выпуск каждой новой модели микропроцессора, так или иначе, связан с очередным научным, конструкторским, технологическим прорывом.

В микропроцессорах нашли отражение высокие научно-технические достижения в области физики твердого тела, кристаллографии, радиотехники и электроники, математики и автоматизации, кибернетики и электроники. Известны различные применения микропроцессоров. Важнейшими из них являются: автоматизация электротехнического оборудования, управление производством, физическое и математическое моделирование, обработка результатов экспериментов, управление приборами и искусственными органами в медицине, обеспечение безопасности движения на транспорте и т.д.

Цель данной курсовой работы: рассмотреть классификацию, структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- раскрыть основные понятия темы;

- дать общую схему классификации микропроцессоров;

- рассмотреть структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Данная курсовая работа выполнена на компьютере Intel Pentium IV c программным обеспечением Windows XP и Microsoft Office 2003.

1. Классификация, структура и основные характеристики микропроцессоров ПК

1.1 Определение микропроцессора

Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов. [2]

Первые микропроцессоры появились в 1970-х и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Долгое время центральные процессоры создавались из отдельных микросхем малой и средней интеграции, содержащих от нескольких единиц до нескольких сотен транзисторов. Разместив целый ЦПУ на одном чипе сверхбольшой интеграции удалось значительно снизить его стоимость. Несмотря на скромное начало, непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров (см. историю вычислительной техники), в настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных мейнфреймов и суперкомпьютеров.

С начала 1970-х широко известно, что рост мощности микропроцессоров следует закону Мура, который утверждает что число транзисторов на интегральной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев. В конце 1990-х главным препятствием для разработки новых микропроцессоров стало тепловыделение (TDP) из-за утечек тока и других факторов [1].

Некоторые авторы относят к микропроцессорам только устройства, реализованные строго на одной микросхеме. Такое определение расходится как с академическими источниками, так и с коммерческой практикой (например, варианты микропроцессоров Intel и AMD в корпусах типа SECC и подобных, такие как Pentium II — были реализованы на нескольких микросхемах).

В настоящее время, в связи с очень незначительным распространением процессоров, не являющихся микропроцессорами, в бытовой лексике термины «микропроцессор» и «процессор» практически равнозначны.

1.2 Классификация микропроцессоров

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры - цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов.

По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные.

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции.

По организации структуры микропроцессорных систем различают микроЭВМ одно- и многомагистральные.

В одномагистральных микроЭВМ все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям. Такая организация систем усложняет их конструкцию, однако увеличивает производительность.

По количеству выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры.

В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ.

1.3 Структура микропроцессора

Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления [3, с.80]. Собственно говоря, процессор в компьютере не один — их может быть целый десяток! Собственным процессором снабжена видеоплата, звуковая плата, множество внешних устройств (например, принтер). И часто по производительности эти микросхемы могут поспорить с главным, Центральным Процессором. Но в отличие от него, все они являются узкими специалистами — один отвечает за обработку звука, другой — за создание трехмерного изображения.

Основное и главное отличие центрального процессора — это его универсальность. При желании (и, разумеется, при наличии необходимой мощности и соответствующего программного обеспечения) центральный процессор может взять на себя любую работу, в то время как процессор видеоплаты при всем желании не сможет раскодировать, скажем, музыкальный файл...

Любой процессор — это выращенный по специальной технологии кристалл кремния (не зря на жаргоне процессор именуется «камнем»). Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов — транзисторов, соединенных металлическими мостиками-контактами. Именно они и наделяют компьютер способностью «думать». Точнее, вычислять, производя определенные математические операции с числами, в которые преобразуется любая поступающая в компьютер информация.

Безусловно, один транзистор никаких особых вычислений произвести не может. Единственное, на что способен этот электронный переключатель — это пропустить сигнал дальше или задержать его, в зависимости от подаваемого на его «затвор» напряжения. Наличие сигнала дает логическую единицу (да); его отсутствие — логический же ноль (нет).

Однако процессор — это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств [4, с.38]. В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. 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.

3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора [5]. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах [3, с.80].

4. Кэш-память. Буферная память — своеобразный накопитель для данных. В современных процессорах используется два типа кэш-памяти: первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, и второго уровня — чуть помедленнее, зато больше — от 128 килобайт до 2 Мб [4, с.38].

5. Процессор связан несколькими группами проводников называемых шинами. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

1. Адресная шина. Шина или часть шины, предназначенная для передачи адреса, а именно используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему.

2. Шина команд. По ней передаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).

3. Шина данных — информационная магистраль, благодаря которой процессор может обмениваться данными с другими устройствами компьютера [3, с.80].

Трудно поверить, что все эти устройства размешаются на кристалле площадью не более 4—6 квадратных сантиметров! Только под микроскопом мы можем разглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, соединяющие их металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий, однако уже приходит медь) [4, с.38].

1.4 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 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 ПК:

- компьютеры класса XT;

- компьютеpы класса AT;

- компьютеpы класса 386;

- компьютеpы класса 486;

- компьютеpы 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. Быстpодействие микpопpоцессоpа - это число элементаpных опеpаций, выполняемых микpопpоцессоpом в единицу вpемени (опеpации/секунда).

4. Разpядность пpоцессоpа - максимальное количество pазpядов двоичного кода, котоpые могут обpабатываться или пеpедаваться одновpеменно.

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, опpеделяющими свойства системы команд, pазличают:

- 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. [6, с.32]

2. Практическая часть

2.1 Общая характеристика задачи

Наименование задачи: «Расчет амортизации»

Условие задачи: В бухгалтерии предприятия ООО «Александра» рассчитываются ежемесячные отчисления на амортизацию по основным средствам. Данные для расчета начисленной амортизации приведены на рисунке 1.

1. Построить таблицы по приведенным ниже данным.

1.2. Выполнить расчет начисленной амортизации в каждом месяце и остаточной стоимости основных средств на конец месяца.

1.3. Организовать межтабличные связи для автоматического формирования сводной ведомости по начисленной амортизации.

1.4. Сформировать и заполнить сводную ведомость начисленной амортизации по основным средствам за квартал.

1.5. Результаты изменения первоначальной стоимости основных средств на конец квартала представить в графическом виде.

Таблица.1.

Таблица.2.Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.

Основная цель решения задачи – расчет изменений первоначальной стоимости основных средств.

Место решения задачи: данная задача решается в бухгалтерии организации, бухгалтером.

2.2 Описание алгоритма решения задачи

1. Запустить табличный процессор MS EXCEL.

2. Создать книгу с именем «Расчет амортизации»

3. Лист 1 переименовать в лист с названием «Январь».

4. Разработать структуру шаблона таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.»

Таблица 1

5. На рабочем листе «Январь» MS EXCEL создать таблицу с данными для расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г. Расположение таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.» представлено в Приложении 1.

6. Заполнить таблицу «Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.» исходными данными.

7. Лист 2 переименовать в лист с названием «Февраль».

8. Разработать структуру шаблона таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.»

Таблица 1 Структура шаблона таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.»

9. На рабочем листе «Февраль» MS EXCEL создать таблицу с данными для расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г. Расположение таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.» представлено в Приложении 1.

10. Лист 3 переименовать в лист с названием «Март».

11. Разработать структуру шаблона таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.»

12. На рабочем листе «Март» MS EXCEL создать таблицу с данными для расчета амортизационных отчислений за март 2006 г. Расположение таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.» представлено в Приложении 1.

13. Лист 4 переименовать в лист с названием «Начальная стоимость».

14. На рабочем листе «Начальная стоимость» MS Excel создать таблицу, в которой будут содержаться первоначальная стоимость основных средств. Расположение таблицы «Первоначальная стоимость основных средств» представлено в Приложении 1.

15. Заполнить таблицу «Первоначальная стоимость основных средств» исходными данными.

16. Занести в ячейку В7 таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.» формулу:

=СУММ(В3:В6).

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

Занести в ячейку С3 формулу:

=B3*'Начальная стоимость'!$B$8.

Размножить введенную в ячейку С3 формулу для всех остальных ячеек (с С4 по С6) данной графы.

18. Занести в ячейку С7 формулу:

=СУММ(C3:C6).

19. Заполнить графу «Остаточная стоимость на конец месяца» таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.» следующим образом:

Занести в ячейку D3 формулу:

=B3-C3.

Размножить введенную в ячейку D3 формулу для всех остальных ячеек (с D4 по D6) данной графы.

20. Занести в ячейку D7 формулу:

=СУММ(D3:D6).

21. Заполнить графу «Остаточная стоимость на начало месяца» таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.» следующим образом:

Занести в ячейку В3 формулу:

=Январь!D3.

Размножить введенную в ячейку В3 формулу для всех остальных ячеек (с В4 по В6) данной графы.

22. Заполнить остальные графы таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.» аналогично пунктам 16 – 20.

23. Заполнить остальные графы таблицы «Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.» аналогично пунктам 16 – 21.

24. Шаблоны таблиц «Ведомость расчета амортизационных отчислений за январь 2006 г.», «Ведомость расчета амортизационных отчислений за февраль 2006 г.», «Ведомость расчета амортизационных отчислений за март 2006 г.» представлены в Приложении 2.

25. Разработать структуру шаблона таблицы «Сводная ведомость»

Структура шаблона таблицы «Сводная ведомость»

26. Лист 3 переименовать в лист с названием «Ведомость».

27. На рабочем листе «Ведомость» MS Excel создать таблицу, в которой будут содержаться данные о начисленной амортизации по основным средствам за 1 квартал 2006 года. Расположение таблицы «Расчетная ведомость» представлено в Приложении 1.

28. Путем создания межтабличных связей заполнить колонки таблицы «Сводная ведомость» данными из рассмотренных выше таблиц.

29. Шаблон таблицы «Сводная ведомость» приведен в Приложении 3.

30. Контрольный пример заполнения таблиц приведен в Приложении 4.

31. Создать новый лист «Лист 4».

32. Лист 4 переименовать в лист с названием «График».

19. На листе «График» результаты расчета амортизации представить в графическом виде (Приложение 5).

Список литературы

1) Иванько А.Ф. Структура и архитектура микропроцессоров современных персональных электронных вычислительных машин. – http://www.hi-edu.ru/x-books/glblinks/files/refs.htm

2) Ершова Н.Ю., Ивашенков О.Н., Курсков С.Ю. Микропроцессоры. - http://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/microcpu/index.html

3) Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. - СПб.: Питер, 2004 - 640с.

4) Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2005. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2005. - 800с.

5) Микропроцессоры. Структура микропроцессора и его основные характеристики. http://shkola.lv/index.php?mode=cht&chtid=459

6) Майстренко А.В. Информатика: Учебное пособие. Ч.1. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002.