71, 72. Микропроцессоры: понятие, эволюция, применение, основные характеристики. Понятие о cisc и risc процессорах

Микропроцессор (МП) – интегральная схема, выполняющая в компьютере функции процессора. Микропроцессор – функционально законченное устройство обработки информации, управляемое хранимой в памяти программой.

Появление микропроцессоров стало возможным благодаря успехам микроэлектроники. МП был изобретен в 1971 году специалистами фирмы Intel. Это: Федерико Феджин, Стен Мейзор, Тэд Хофф. «Благодаря микропроцессорам компьютеры стали массовым, общедоступным продуктом» - сказал Тэд Хофф. Имена создателей первого МП занесены в список лауреатов Национального зала славы изобретателей США, а само изобретение признано одним из величайших достижений 20 века.

Применение микропроцессоров

МП может быть самостоятельным устройством или входить в состав ЭВМ, выполняя функции процессора. МП, используемые в ЭВМ могут быть универсальными и специализированными. МП могут входить в состав измерительных приборов, приборов бытовой техники, средств связи, выполняя функции управления. По способу управления МП могут быть со схемным (работает под управлением постоянного набора команд и электрической схемы) и программным управлением (работает под управлением меняющегося набора команд)

Основные характеристики микропроцессоров

• Разрядность (бит) – количество одновременно принимаемых, обрабатываемых бит

• Тактовая частота (МГц, Гц )– количество тактовых импульсов в единицу времени, выдаваемых генератором.

• Степень интеграции - количество транзисторов в микросхеме.

• Технология изготовления – отражает линейные размеры транзисторов на микросхеме.

• Технологические особенности – наличие технологических элементов, повышающих производительность (конвейеризация, суперконвейеризация, динамическое исполнение команд и т.д.)

Доминирующее положение на рынке микропроцессоров (около 90%) занимают микропроцессоры архитектуры X86. Сегодня они представлены микропроцессорами конкурирующих фирм:

Компания Intel: линия Pentium (Р5, Р6, РII, Celeron, РIII…)

Компания AMD (NexGen): К5, К6, К6-II, К7.

Эволюция процессоров на примере линии Inte

Тип процессора, год	Степень интеграции(количество транзисторов), млн	Разрядность, бит	Технология изготовления, мкм	Тактовая частота, МГц	Дополнительная информация, технологические особенности
8088 1979 год	0,029 млн	16	3	5-6	Реальный режим
80286 1982 год	0,134	16	1,5	6-12	Защищенный режим, мультизадачный режим
80386, 1985 год	0,275	32	1,5-1,0	16-33	Кэш-память (L2)
80486, 1989 год	1,2-1,6	32	1,0-0,6	25-100	Расширенный набор команд, внутренняя кэш-память (L1), сопроцессор, конвейеризация вычислений
P5 c 1993 до 1998	3,1-4,5	32	0,8-0,35	60-266	Увеличение ступеней конвейера до 5-ти, наличие 2-х конвейеров, предсказание переходов, разделение кэш-памяти для команд и данных, усовершенствованная 64 шина данных, мультипроцессорная обработка.
Pentium Pro c 1995	5,5	32	0,35	150-200	Разнесенная архитектура, динамическое выполнение команд, двойная независимая шина данных.
Pentium 2 с 1997 года	7,5-27,4	32	0,35-0,25	233-450	Развитие Pentium Pro, более дешевый подход к реализации кэш памяти (L2).
Pentium Celeron с 1998 года	7,5-19	32	0,25	266-600	Вариант Pentium 2 для дома, недорогой, отсутствие L2, в последних моделях имеется L2 128Кб
Pentium 3 с 1999 года	9,5-19	32	0,25-0,18	450-1000	Развитие Pentium 2, расширена система команд, упреждающее кэширование данных.
Pentium 4 с 2001 года	42	32	0,18-0,13	1300-2200

Понятие о CISC и RISC процессорах

В зависимости от набора и порядка выполнения команд процессоры подразделяются на классы:

CISC (Complex Instruction Set Computer) – процессоры с полным набором команд, традиционные процессоры, появились раньше других. Анализ работы показал, что примерно 80% времени процессор занят выполнением лишь 20% из всего набора команд. Поэтому в целях оптимизации некоторые производитель решили отказаться от полной системы команд.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) – 1979 год, процессоры с ограниченным набором команд. В них попытались тщательно оптимизировать небольшой набор простых команд. «Отброшенные» команды реализовывались программно. Быстрые процессоры. На 20-30% реже (по сравнению с CISC)обращается за данными к оперативной памяти. Количество регистров - более 100. Начиная с процессора Pentium корпорация Intel начала внедрять элементы RISC-технологий в свои CISC изделия.

MISC – процессор работает с ограниченным набором коротких команд и минимальным набором длинных команд.

VLIW – процессор с ограниченным набором коротких команд и системой команд сверхбольшой разрядности. Имеется специальный компилятор планирования, который перед выполнением программы проводит ее анализ, определяет группу команд, которые могут выполняться параллельно.

Общие сведения о технологии производства микропроцессоров