Шығыс Қазақстан облысы білім басқармасының

«Рымбек Байсейітов атындағы Семей қаржы-экономикалық колледжі» КМҚК

СЕМИНАР САБАҚ

Пән: «Микропроцессорлық техника»

Тақырыбы: «Микропроцессордың сипаттамасы: разрядты және тактілік жиілік»

Топ: 3 негізгі ВТ-1

Дайындаған оқытушы: Рахымжанова М.Е.

2017-2018 оқу жылы

Дәріс №5

К.т.: ДК-дің техникалық сипаттамасы.

С.т.: Микропроцессордың сипаттамасы: разрядты және тактілік жиілік.

1959 жылы «Texas Instruments» фирмасының инженерлерi бiр жартылай өткiзгiшті кристаллдың ішіне бiрнеше транзисторларды орналастырудың және оларды өзара қосудың әдісін өңдеп - бiрiншi интегралдық микросұлба (ИМС) жасады. Жеке транзистор, резисторлардан тағы сол сияқты құрылғылар мен интегралдық микросұлба функциясын салыстырғанда, оның көлемі едәуір кіші және сенімділігі жоғары болып келеді. Шығарылатын микросұлбалардың саны артып, құрылымы кеңейе түсті. Бұл жағдай тұтынушылар үшiн қиындықтар туғызды. Едеуір үлкен кемшілік ИМС мамандандырылуының аз болуы, соның нәтижесінде шығару көлемі үлкен бола алмады, яғни, бір микросұлбаның құны жоғары болып қала берді. Жағдайды жақсарту үшін мамандануы зауыттың ішкі құрылымы арқылы анықталатын, тұтынушының сұранысын қамтамасыз ететін әмбебап логикалық ИМС-ны жасап шығару көзделді.

Сайып келгенде, алғашқы микропроцессорлар ЭЕМ-ді миниатюризациялау үшін пайда болған жоқ, ол құны арзан логикалық микросұлба жасап, оған қолданушыны оңай бейiмдендiру мақсатын көздеді.

1969 жылы жазда жаңа калькулятор өңдеуші жапон компаниясы “Busicom”, “Intel” компаниясынан көмек сұрады. Сол уақытқа Intel фирмасының құрылғанына бір жылдай болатын, бiрақ сол уақыт ішінде ең шағын микросұлба жадын жасап шығарып, өзін танымал еткен еді. «Busicom» фирмасына бiрнеше мың транзисторлардан құралған микросұлбаларды жасап шығару керек болды. Бiрлескен жобаны iске асыру үшiн Intel фирмасының инженерi М.Хофф жобаға тартылды. Ол «Busicom»-нiң өңдеулерiмен танысып және 12 күрделi мамандандырылған микросұлбалар орнына бiр бағдарламаланатын әмбебап – микропроцессор жасайтын талғаулы идеяны ұсынды. М.Хофф жобасы жеңдi және «Intel» фирмасы әлемдегі бiрiншi микропроцессорды (МП) өндiрiп, шығару мүмкіндігіне ие болды.

Идеяны тәжірибелік түрде іске асыру оңай іс болмады. 1970 жылы жұмысқа Ф. Фаджин қосылды, ол 9 ай ішінде процессорды сипаттамалық жазба түрінен кристалл түріне дейін жеткізді (Ф.Фаджин кейінірек «Zilog» фирмасын құрды және ол фирма көпшiлiгiнде үй компьютерлерi үшін қазiр ойдағыдай жұмыс iстейтiн Z80-нiң тамаша 8-дәрежелiк процессор жасаған). 1971 жылдың 15-ші қарашасында «Intel 4004» – деп аталатын жаңа процессор қоғамға таныстырылды.

Калькуляторға бiр цифрды сақтау үшiн 4 бит қажет болса (мұнша көлем «8» және «9» ондық цифрлардың суретi үшiн керек), «Intel 4004» төртінші разрядты процессор болды. Келесi микропроцессор терминалға орнату үшiн жасалды және ол символдық мәлiметтерді өңдеуі керек еді. Әрбiр символ бiр байтпен кодталғандықтан, «Intel 8008»-шi келесi моделі 8-разрядты болды. Ол 1982 жылдың сәуiрiнде пайда болды. Бұл процессор «аппараттық логиканы» алмастырушы ғана болды, дегенмен, кейбір құрастырушылар оны компьютер құрастыруға пайдалануға тырысты. Мұндай істің нәтижесінен гөрі демонстрациялық сипаты жоғары болды, бiрақ ол микрокомпьютерлiк төңкерiстің бастамасы саналды.

1974 жылдың сәуiрiнде «Intel» фирмасы жаңа серпіліс жасап, әлемдегі «Intel 8080»-шi маркалы бірінші процессор дүниеге келді. Бұл процессор бiр жағынан 8-разрядты мәлiметтерді өңдейтін болса, жедел жадтың адресі екi байтты болды. Сайып келгенде, «Intel 8080» процессор 64 килобайтқа дейiн жадты иемдене алды. Бұл жағдай бағдарламашылар үшін қол жеткізбейтін табыс еді.

Кейінгі оқиғалардың дамуы динамикалық дамушы есептеуіш техниканың екпiндерiмен салыстырғанда өте жылдам жылдамдықта өрбіді. Он жылдықта МП-дiң дамуы 4-разрядтыдан күрделi 32-разрядты архитектураға жетті. Төртiншi ұрпақтың микропроцессор базасында жинаған барлық ЭЕМ-i қарқынды дами бастады.

Алғашқы «4004» МП-ы 2200, «8080» МП - 4800, «Intel 80486» - 1,2 млн. транзистордан құралған, ал қазіргі «Pentium» - 3 млн. шамасындағы транзистордан тұрады.

Микропроцессорлардың даму тарихы өз алдына жеке, қызықты тақырып. «Intel» фирмасы микросхемаларды жасауда өзінің көшбасшылық позициясын сақтап келеді. (16-разрядты 8086, 80286 және 32-разрядты 80386, 80486, Pentium) МП-ң біртіндеп күрделеніп келген оның бағдарламалық сәйкесті буыны қолданушы компьютерлердің көптеген бөлігінің «миы» болып табылады.

Микропроцессорлық келесі тармағын «Motorola» фирмасы құрастырады. Оның өнімі «Apple»-дың белгiлi компьютерлерiнде жұмыс iстейдi, сонымен бiрге қарапайым - «Atari», «Commador», «Amiga» тағы басқалары да қолданады. «Motorola» процессорлары «Intel» серiктестiгiмен салыстырғанда жаман емес, тiптi кейде елеулi артық жақтары да кездеседі.

1993 жылы Motorola фирмасы IBM және Apple фирмасы бiрігіп «PowerPC» атты жаңа процессорын жасады. IBM және Apple компьютерлері осы процессормен қамтамасыз етіліп, жұмыс жасау қағидалары өзгерді. Кең таралған ІВМ-сәйкесті компьютерлер осы микропроцессорлар базасында құрылған.

Процессорлардың соңғы үлгiлерiнiң ерекше белгiсi – қазiргi ЭЕМ-дердің көп есептi деңгейінде жұмыс жасауы. RISC архитектуралы МП дамып келеді. (Командалардың минимал санынан құралған бар процессорлар). Мұндай МП әрі өте жылдам, әрі бір машиналық тактідегі командалардың кез келгенін орындай алады, (көбінесе қарапайым әрекетті орындауға 4-5 такті қажет болады). RISC - әдісінің жетістіктері CISC – процессорларын құрастыруға әсерін тигізуде.

Процессор кристалында 2-ден 16 Кбайтқа дейінгі өзіндік жедел жады, сыртқы жедел жадқа ие байланыс тораптары бартранспьютерлер туралы айтпай кету мүмкін емес. Мұндай ИМС-дың теориялық мүмкіндіктері паралель есептеулер алгоритмін жүзеге асыратындай, бірақ олардың шын мәнінде практикалық қолданыс табуы белгілі бір уақытты қажет етеді.

ИМС дамуы МП компьютерлерде есептеулер жүргізу қажеттілігінен басқарушы, бақылаушы рөлін, орталық процессор қызметін атқаратындай процессор санын артыруды қажет етеді. Болашақтағы МП дамуының кейбір жаңа бағыттарын анықтап көрейік.

  Микропроцессордың негiзгi функцияларына:

• жедел жад командаларын iрiктеу;

• командаларды декодтау (яғни, команданың орындалуын анықтау, оның қолдану әдiсiн және операндтар адрестерін анықтау);

• командаларда кодталған операцияларды орындау;

•жедел жад және сыртқы құрылғылар, iшкi регистрлердiң арасындағы мәлiметтердiң жiберілуiн басқару;

• ішкі процессорлық және бағдарламалық үзулердi өңдеу;

• сыртқы құрылғылар сигналдарын өңдеу және тиiстi үзулердi iске асыру;

• компьютердiң құрамына кiретiн әр түрлi құрылғыларды басқару.

Микропроцессорлардың iшкi құрылымы («Pentium» үш миллион транзисторлардан тұрады) өте күрделi. Негiзгi қызметтік түйiндердiң жалпы сұлбасын қарастырсақ, күрделi суреттік көрініс пайда болады. МП-дің сонымен бiрге iшкi құрылғылары оның маркасына байланысты әртүрлі болады. Бiр процессордың құрылымы басқа процессордың жұмысын түсiнуге көмектеспеуі мүмкін.

Қазiргi ЭЕМ-дің процессорларының инженерлiк бөлшектерiн зерттеу (және тiптi бағдарламалаушы үшiн) қолданушы үшiн тиiмсiз және тек бағдарламаға қажетті қызметтік түйіндермен ғана шектелуге болады.

Бағдарламалаушы үшін процессор кейбір жүйелік ережелерге сәйкес өңделетін және белгілі-бір өзара байланысқан әртүрлі мақсаттағы регистрлар жиынынан құралады. Әрине, бағдарламалаушы үшін процессордың ішкі жадтың барлығы қол жетімсіз болады.

Микропроцессор (МП) дербес компьютердің (алдағы уақытта ДК) негізі болып табылады. Техниканың және микропроцессорлар технологиясының дамуы ДК буындарының алмасуымен анықталады. Бірінші буын (1975-1985 ж.ж.) - 8 разрядты МП базасында; екінші буын (1981-1985 ж.ж.)-16 разрядты МП базасында; үшінші буын (1986-1992 ж.ж.) 32 разрядты МП базасында; төртінші буын (1993ж.-қазіргі уақытқа дейін) 64-разрядты және одан жоғары 256, 512-разрядты МП базасында жасақталған.

ДК дамуында IBM корпорациясы 1981 жылы Intel 8086 микропроцессор базасында шығарған IBM компьютерінің пайда болуы үлкен рөл атқарды. Бұл дербес компьютерлер нарығында жетекші орынды иемденді. Оның негізгі артықшылығы – «ашық архитектура», соның арқасында қолданушылар әртүрлі шеткері құрылғыларды қоса және компьютерді қажеттілікке қарай жаңғырта алады. Басқаша айтсақ, ДК мүмкіндігін кеңейте алады. Кейін басқа фирмалар да IBM РС негізінде өз компьютерлерін жасай бастады. Сөйтіп, IBM РС компьютері ДК класының стандартына айналды. Қазіргі күндерде сатылатын барлық ДК-нің 85%-ке жуығы IBM РС архитектурасына негізделген.

Дербес компьютерлер өзінің микропроцессорларының параметрлері бойынша бөлінуі төмендегі кестеде көрсетіледі.

1-кесте. Микропроцессорлардың сипаттамалары

Болашақта элементтік базасы ретінде оптоэлектроника пайдаланылатын машиналардың интеллектуалдық мүмкіндіктердің жетілдіруі, оған қажетті бағдарламалық жасақтамалардың пайда болуы күтілуде. Жасанды интеллекті жүйелеріне, білім қорына, эксперттік жүйелерге негізделген жаңа ақпараттық технология құру көзделіп отыр. Сонымен қатар, қазіргі кезде желілік технология аясын кеңейту кезек күттірмейтін мәселеге айналды.

Микропроцессордың негізгі сипаттамалары.

Микропроцессор сипатталынады:

1) тактілік жиілікпен, ол ЭЕМ-дағы элементтердің қосылуының максимал орындалу уақытын анықтайды;

2) разрядтілікпен, яғни бір уақытта өңделінетін екілік разрядтардың максимал санымен.

МП-дың разрядтілігінің белгіленуі : m/n/k/, мұндағы

m - ішкі регистрлердің разрядтілігі, процессорлардың қай класқа жататынын анықтайды;

n - мәліметтер шинасының разрядтілігі, ақпараттың берілу жылдамдығын анықтайды;

k - адрес шинасының разрядтілігі, адрестік кеңістіктің өлшемін анықтайды. Мысалы, i8088 МП-ры мына мәндермен сипатталады m/n/k=16/8/20;

3) архитектурамен.

Микропроцессордың архитектура түсінігіне кіретіндері: әмірлер жиыны мен адресациялау әдістері, әмірлердің уақыт бойынша орындалуын сәйкестендіру мүмкіндігі, микропроцессор құрамында қосымша қодырғылардың бар болуы, оның жұмыс тәсілі мен режимі.