GeoSELECT.ru



Программирование / Реферат: Архитектура персонального компьютера (Программирование)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: Архитектура персонального компьютера (Программирование)




СОДЕРЖАНИЕ

| |стр. |
|Вступление |3 |
|Внутренние устройства ПК |4 |
|Внешние устройства ПК |7 |
|Краткая история компьютерной техники |9 |
|Заключение |12 |
|Список использованной литературы |13 |



ВСТУПЛЕНИЕ.
Слово «компьютер» означает «вычислитель». Потребность в автоматизации
обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно.
В настоящее время индустрия производства компьютеров и программного
обеспечения является одной из наиболее важных сфер экономики развитых и
развивающихся стран. Причины стремительного роста индустрии персональных
компьютеров:
V невысокая стоимость;
V сравнительная выгодность для многих деловых применений;
V простота использования;
V возможность индивидуального взаимодействия с компьютеров без
посредников и ограничений;
V высокие возможности по переработке, хранению и выдаче информации;
V высокая надежность, простота ремонта и эксплуатации;
V возможность расширения и адаптации к особенностям применения
компьютеров;
V наличие программного обеспечения, охватывающего практически все сферы
человеческой деятельности, а также мощных систем для разработки нового
программного обеспечения.
Мощность компьютеров постоянно увеличивается, а область их применения
постоянно расширяется. Компьютеры могут объединяться в сети, что
позволяет миллионам людей легко обмениваться информацией с компьютерами,
находящимися в любой точке земного шара.
Так что же представляет собой это уникальное человеческое
изобретение? Первый признак, по которому разделяют компьютеры, -
платформа. Можно выделить две основные платформы ПК:
1. Платформа IBM – совместимых компьютеров включает в себя громадный
спектр самых различных компьютеров, от простеньких домашних персоналок
до сложных серверов. Именно с этим типом платформ обычно сталкивается
пользователь. Кстати, совершенно не обязательно, что лучшие IBM –
совместимые компьютеры изготовлены фирмой IBM – породивший этот
стандарт «голубой гигант» сегодня лишь один из великого множества
производителей ПК.
2. Платформа Apple представлена довольно популярными на Западе
компьютерами Macintosh. Они используют своё, особое программное
обеспечение, да и «начинка» их существенно отличается от IBM. Но в
России большого распространения они не получили.
Обычно IBM-совместимые ПК состоят из трех частей (блоков):
- системного блока;
- монитора (дисплея);
- клавиатуры (устройства, позволяющего вводить символы в компьютер);
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте – в «наколенном»
(лэптоп 4-12кг), или «блокнотном» (ноутбук 2-6кг), исполнении. Здесь
системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус:
Если снять корпус системного блока и посмотреть внутрь, то можно
увидеть детали, соответствующее следующей схеме архитектуры ПК:
[pic]
Данная схема является примером внутренней «начинки» компьютера,
естественно, что при наличии или отсутствии тех или иных устройств схема
изменится. Однако есть устройства, которые в любом случае установлены на
современном персональном компьютере. О них-то и пойдёт дальнейший
разговор.
ВНУТРЕННИЕ УСТРОЙСТВА ПК.
Самым главным элементом в компьютере, его «мозгом» является
микропроцессор – электронная схема, выполняющая все вычисления и
обработку информации. Скорость его работы во многом определяет
быстродействие компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим
возможностям микросхемы Intel 4004 – первого микропроцессора, созданного
в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом
Хоффом. Изначально эта микросхема предназначалась для микрокалькуляторов
и была изготовлена по заказу японской фирмы. К счастью для всех нас,
фирма эта обанкротилась. С этого момента и началась эпоха персональных
компьютеров. Прошло несколько десятилетий. Ученые выявили
закономерность, назвав её «законом Мура»: ЕЖЕГОДНО МОЩНОСТЬ
МИКРОПРОЦЕССОРОВ УДВАИВАЕТСЯ!
На первый взгляд процессор – просто выращенный по специальной
технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе
множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и
наделяют компьютер способностью «думать». Процессор состоит из нескольких
важных деталей: собственно процессора – «вычислителя» и сопроцессора –
специального блока для операций с «плавающей точкой» (или запятой).
Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а также для
работы с рядом графических программ.
Кэш - память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт)
сверхбыстрая память, предназначена для хранения промежуточных
результатов.
Кэш-память второго уровня – память чуть помедленнее, зато больше – от
128 до 512Кб. Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора,
а может – отдельно, в виде дополнительного кристалла (как на процессорах
Pentium II).
В настоящее время в компьютерах используются процессоры,
разработанные фирмами Intel, AMD, Cyrix и IBM. Процессоры отличаются друг
от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Чем
выше тактовая частота, тем выше производительность и цена процессора.
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов)
выполняется за одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах
(МГц). Современные процессоры фирмы Intel достигают тактовой частоты в
1900 МГц (Pentium 4). Фирма, составляющая наибольшую конкуренцию им AMD,
выпускает процессоры до 1400 МГц (AMD Thunderbird). В соответствие со
стандартом PC2000 – на домашние компьютеры рекомендуется ставить
процессор с тактовой частотой не ниже 500 МГц. Следует заметить, что
разные поколения процессоров выполняют одни и те же операции (например,
деление или умножение) за разное число тактов. Чем выше поколение
процессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения
одних и тех же операций. Например, процессор Intel Pentium II работает
раза в два быстрее, чем процессор Intel CELERON с такой же тактовой
частотой. За 20-ю историю массового развития компьютерного рынка
сменилось семь поколений процессоров фирмы Intel: 8088, 286, 386, 486,
Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Кроме того, в каждом
поколении существует ещё и целая серия отличающихся друг от друга
моделей. Например, в поколении Pentium II их три: «обычный» Pentium II,
«облегчённый вариант» Celeron и сверхмощный Xeon, предназначенный для
больших промышленных компьютеров. Однако процессоры фирмы Intel очень
дороги, здесь и всплывает конкурент. При гораздо меньшей цене AMD
предлагают микропроцессоры в некоторых параметрах обходящие
микропроцессоры Intel. Например, AMD K7 Thunderbird 1000 МГц стоит
2947руб, а процессор Intel Pentium III 1000 МГц стоит 6318руб.!
Оперативная память (RAM, ОЗУ) обеспечивает работу с программным
обеспечением. Из неё процессор и сопроцессор (устройство, помогающее
выполнять процессору сложные математические вычисления) берут программы и
исходные данные для обработки. Характеристика оперативной памяти – объём,
измеряемый в мегабайтах (Мб). Оперативная память выпускается в виде
микросхем, собранных в специальные модули: SIMM, DIMM или новейший модуль
RIMM. Каждый модуль может вмешать от 1 до 512 Мб. Лучшие модули памяти,
поступающие на наш рынок, украшены лейблом Kingstone, Micron, Samsung.
Конечно, «безымянные» модули собираются из таких же микросхем и стоят
намного дешевле, но переплата нескольких десятков долларов за фирму себя
окупает.
Чтобы компьютер работал, необходимо, чтобы в его оперативной памяти
находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств
компьютера. Таким образом, для компьютера необходим обмен информацией
между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется
вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым
внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два
промежуточных звена:
1) Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная
схема (контроллер или адаптер), которая им управляет. Некоторые
контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу
несколькими устройствами.
2) Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессором и
оперативной памятью через системную магистраль передачи данных,
называемой шиной. Шина – системная плата, обеспечивающая ввод-вывод
информации. Характеристикой шины является скорость обмена. Основные типы
шин (расположены в порядке улучшения характеристик): ISA, EISA, VESA,
PCI, AGP. Разъёмы-«слоты» стандарта PCI. Родился он около 10 лет назад и
сегодня является основным стандартом слотов для подключения
дополнительных устройств. Разъёмы PCI – обычно самые короткие, белого
цвета, разделенные своеобразной «перемычкой» на две неравные части. Ранее
в слот PCI устанавливалась и видеокарта, теперь для этой цели служит
разъем AGP (Advanced Graphic Port). Это специальный, более быстрый с
точки зрения пропускной способности слот. Остальные слоты в новые
компьютеры не устанавливаются.
Для упрощения подключения устройств электронные схемы состоят из
нескольких модулей – электронных плат. На основной плате компьютера –
системной (материнской) – располагаются процессор, сопроцессор,
оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами
компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах
вставляющихся в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате.
«Гнездо» для установки процессора: для каждого форм-фактора процессора
существует свой тип материнской платы, как правило, несовместимый с
другими процессорами. Так в гнездо для процессора Pentium III нельзя
установить процессор AMD K7. И наоборот.
Итак, сегодня на рынке существует три материнских плат, для установки
трёх разных классов процессоров:
платы с разъёмом Slot 1 предназначены для процессоров фирмы Intel. Тип
разъёма – слот (длинное щелевидное гнездо).
Платы с разъёмом Socket-370 предназначены для установки новых процессоров
Celeron фирмы Intel (частота от 400 МГц). Тип разъёма – квадратное
гнездо.
Платы с разъёмом SuperSocket 7 (Socket A) предназначены для
«альтернативных» процессоров фирм AMD, Cyrix, IBM и других. Тип разъёма –
квадратное гнездо.
Одним из контроллеров, которые присутствуют во всех компьютерах,
является контроллер портов ввода-вывода. Типы портов:
- параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно присоединяют принтеры и
сканеры;
- асинхронные последовательные порты (COM1-COM4), к ним подсоединяются
мышь, модем и т. д.;
- игровой порт – для подключения джойстика;
- порт USB (USB 2) – недавняя разработка - порт с наивысшей скоростью
ввода-вывода, к нему подключаются новые модели принтеров, сканеров,
модемов, мониторов и т.д. Одним из его достоинств является возможность
подключения целой цепочки устройств. Например, через один порт USB
подключен принтер, через принтер подключен сканер и т.д.
Некоторые устройства могут подключать и к параллельным, и к
последовательным портам, и к порту USB (USB 2). Самый быстрый обмен
осуществляется через порт USB 2, затем USB, параллельные же порты
выполняют ввод-вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет
использования большего числа проводов в кабеле).
Видеоадаптер (видеоконтроллер, видеокарта) предназначен для работы в
графическом режиме. Главной задачей современной видеокарты является
поддержка объёмной, трёхмерной графики (3D). Никогда не помешает и
дополнительная возможность видеокарт – TV тюнер – приём телевизионного
сигнала. Главной характеристикой является объём памяти. Современные
графические приложения и игры требуют от видеокарты наличие как можно
большего количества памяти (желательно 16, 32, а ещё лучше 64 Мб). Однако
не все могут позволить купить себе даже 16 Мб видеокарту, поскольку цены
на них остаются ещё достаточно высокими.
Жесткий диск (винчестер, HDD) – предназначен для постоянного хранения
информации, используемой при работе компьютера: операционной системы,
документов, игр и т.д. Основными характеристиками жесткого диска являются
его емкость, измеряемая в гигабайтах (Гб), скорость чтения данных,
среднее время доступа, размер кэш-памяти. Для современного домашнего
компьютера необходим жесткий диск объёмом не менее 10 Гб. Информация
хранится на одной или нескольких круглых пластинках с магнитным слоем,
над которыми летают магнитные записывающие головки. Винчестеры
подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов-кабелей,
каждый из которых рассчитан на два устройства.
Внутренний динамик (PC Speaker) – устройство, предназначенное для
вывода системных звуковых сообщений. Например, в начале загрузки
компьютера происходит тестирование оборудования. Ниже приведена таблица
звуковых сигналов, возникающих при самотестировании компьютера.
|Протяжённость и | |
|количество гудков |Значение сигналов |
|1 короткий |Все блоки функционируют нормально |
|2 коротких |Ошибка связана с монитором |
|Нет гудков |Неисправность источника питания или системной |
| |платы |
|Непрерывный гудок |Неисправность источника питания или системной |
| |платы |
|Повторяющиеся короткие |Неисправность источника питания или системной |
|гудки |платы |
|1 длинный и 1 короткий |Неисправность системной платы |
|1 длинный и 2 коротких |Неисправность видеокарты |
|1 длинный и 3 коротких |Неисправность видеокарты |


Кроме того, внутренний динамик может использоваться некоторыми DOS
программами и играми.
Звуковая карта – устройство, необходимое для редактирования и вывода
звука, посредством звуковых колонок. Существуют 8, 16 и 20 разрядные
(битные) карты. Для домашнего компьютера хватает 16 битной звуковой
карты, поскольку 20 битные – профессиональные карты для программистов,
занимающихся музыкой на компьютере, да и стоит такая карта намного дороже
других.
Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM) предназначено для
чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства – большая
емкость дисков, быстрый доступ, надежность, универсальность, низкая
стоимость. Основное понятие, характеризующее работу данного устройства –
скорость. Самые первые CD-ROM – 1-скоростные. Сейчас появились 52-
скоростные CD-ROM. Что значит 52 скоростной привод? Это значит, что он
читает данные в 52 раза быстрее самого первого 1 скоростного (150 Кб/с)
CD-ROM. Следовательно, 52 умножаем на 150… 7800 килобайт в секунду!
Главный недостаток стандартных дисководов CD-ROM – не возможность записи
информации. Для этого необходимы другие устройства:
CD-R – дисковод с возможностью однократной записи информации на
специальный диск, в России их называют «болванками». Запись на эти диски
осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного
слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.
CD-RW – дисковод с возможностью многократной записи информации. Это
устройство работает совершенно по другому принципу и совсем другими
дисками, чем CD-R.
В последнее время всё большее распространение получает DVD-ROM –
устройство, предназначенное для чтения дисков формата DVD.
Накопители на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках) позволяют
переносить документы с одного компьютера на другой, хранить информацию.
Основным недостатком накопителя служит его малая емкость (всего 1,44 Мб)
и ненадежность хранения информации. Однако именно этот способ для многих
российских пользователей является единственной возможностью перенести
информацию на другой компьютер. На компьютерах последних лет выпуска
устанавливаются дисководы для дискет размером 3,5 дюйма (89мм). Раньше
использовались накопители размером 5,25 дюймов. Они, не смотря на свои
размеры, обладают меньшей емкостью и менее надежны и долговечны. Оба типа
дискет обладают защитой от записи (перемычка на защитном корпусе
дискеты). В последнее время стали появляться альтернативные устройства:
внешние дисководы, с дисками емкостью до 1,5 Гб и намного большей
скоростью чтения, нежели дисковод флоппи-дисков, однако они ещё мало
распространены и весьма недёшевы.
BIOS (Basic Input - Output System) – базовая система ввода-вывода –
микросхема, установленная на материнской плате. Именно здесь хранятся
основные настройки компьютера. С помощью BIOS можно изменить скорость
работы процессора, параметры работы для других внутренних и некоторых
внешних устройств компьютера. BIOS – это первый и самый важный из
мостиков, связующий между собой аппаратную и программную часть
компьютера. Поэтому для современных BIOS немало важными особенностями
является возможность её обновления, работы со стандартом Plag&Play
(включи и работай), возможность загрузки компьютера с CD-ROM, сети и
дисководов ZIP.
ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК.
Клавиатура – устройство, предназначенное для ввода в компьютер
информации от пользователя. Современная клавиатура состоит из 104
укреплённых в едином корпусе клавиш.
Мышь – манипулятор для ввода информации в компьютер. Он необходим для
работы с графическими пакетами, чертежами, при разработке схем и при
работе в новых операционных системах. Основной характеристикой мыши
является разрешающая способность, измеряемая в точках на дюйм (dpi).
Неплохо иметь также специальный коврик под мышь, что обеспечивает её
сохранность и долговечность. Самые простые и дешевые модели – оптико-
механические. Более дорогие и надёжные модели «мышек» - оптические. А
самым большим шиком считаются инфракрасные беспроводные мыши. Сочетания
такого зверя с инфракрасной клавиатурой – верх компьютерного шика.
Джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с
кнопками, употребляется в компьютерных играх.
Монитор (дисплей) - устройство, предназначенное для вывода на экран
текстовой и графической информации. От качества монитора зависит
сохранность зрения и обще утомляемость при работе. Мониторы имеют
стандартный размер диагонали в 14,15,17,19,20 и 21 дюйм. Однако в
настоящее время мониторы с 14 дюймовым экраном не выпускают. Для
домашнего компьютера вполне хватит монитора с 15 или 17 дюймовым экраном.

Принтер – устройство, предназначенное для вывода текстовой и
графической информации на бумагу. Различают матричные, струйные и
лазерные принтеры (расположены в порядке улучшения качества и скорости
печати). Принтеры бывают цветные (струйные и лазерные) и черно-белые
(матричные и лазерные).
Сканер – устройство для ввода в компьютер текстовой и графической
информации. Сканеры бывают ручные, настольные и даже напольные. Ручные
сканеры дешевле прочих, но качество и точность сканирования у них очень
малы. Настольные планшетные сканеры позволяют достигать намного лучшего
результата, но цена таких сканеров намного выше.
Плоттер – устройство, позволяющее выводить графическую информацию на
бумагу или другие носители. Типовые задачи для плоттеров – выполнение
различных чертежей, схем, рисунков, графиков, карт и т.п. Современные
плоттеры классифицируются по формату использования бумаги и типу пишущего
механизма. Цена плоттера и расходных материалов, как правило, достаточно
высока. Но качество близко к полиграфическому и оправдывает все затраты.
Дигитайзер – приспособление для ввода графической информации в
компьютер, а проще – для рисования. На планшете чувствительным к нажатию
специального карандаша – стилуса. Изображение моментально с планшета
переносится на экран монитора. В комплекте с дигитайзером поставляется 4-
кнопочная «мышь». Формат планшетов – от А4 до А0. Естественно, что данное
устройство очень дорого для обычного пользователя. А вот для дизайнеров и
художников-полиграфистов это устройство незаменимый помощник, быстро
окупающий себя.
Модем (модулятор-демодулятор)- устройство, позволяющее компьютеру
выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий. По
своему внешнему виду и месту установки модемы подразделяются на
внутренние (internal) и внешние (external). Внутренние модемы
представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в
компьютер, а внешние - автономное устройство, подсоединяемое к одному из
портов. Внешний модем стоит дороже внутреннего того же типа из-за внешней
привлекательности и более легкой установки. Основной параметр в работе
модема - скорость передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду).
Сегодня достаточно хорошим модемом считается модем со скоростью 33600 bps
(около 230Kb в минуту). Также важными показателями в современных модемах
является наличие режима коррекции ошибок и режима сжатия данных. Первый
режим обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы
осуществляют проверку данных на двух концах линии и отбрасывают
немаркированную информацию, а второй сжимает информацию для более быстрой
и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме.
Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи
информации, особенно в российских телефонных линиях. Также существуют
мировые стандарты скорости модема, сжатия данных и коррекции ошибок.
Сейчас на мировом рынке модемов фактически правят 2 фирмы: ZyXEL и US
Robotics. Они производят самые скоростные и самые качественные модемы.
Очень дорогие суперсовременные модемы ZyXEL имеют возможность
воспроизведения голоса, записанного в цифровом режиме и сжатия речевых
сигналов, что позволяет использовать их в качестве автоответчиков. Также
некоторые модели ZyXEL и US Robotics Courier снабжены переключателем
речь/данные, встроенным тестированием, определителем номера и другими
полезными функциями. Последние годы спрос на модемы стал достаточно
высок, т.к. они необходимы практически каждому работающему на компьютере
человеку. Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного
компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной
почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети.
Источник бесперебойного питания (ИБП) – устройство, предназначенное
для защиты компьютера от скачков напряжения или отключения
электроэнергии. Для надёжной работы компьютера ему необходимо устойчивое
питание. Как показывает исследование фирмы IBM, за месяц практически
каждый компьютер испытывает 128 нарушений электропитания – от скачков
напряжения (которые могут привести к повреждению оборудования) до
мгновенных и длительных понижений напряжения и отключения питания,
которые могут вызвать потерю данных. ИБП при малейших колебаниях
напряжения мгновенно переключает компьютер на аварийное питание от
резервных батарей, позволяя продолжить работу при кратковременном
отключении или корректно завершить работу при длительном отключении
электроэнергии. Конечно, ИБП не дёшевы, но они гораздо дешевле вашего
оборудования и тем более той информации, которая хранится на ваших
дисках. Лучшими в мире источниками бесперебойного питания считаются APC.
Стоимость простых моделей от 2350руб.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ.
1623г. Первая «считающая машина», созданная Уильямом Шикардом. Это
довольно громоздкий аппарат мог применять простые арифметические действия
(сложение, вычитание) с 7-значными числами.
1644г. «Вычислитель» Блеза Паскаля – первая по настоящему популярная
считающая машина, производившая арифметические действия над 5-значными
числами.
1668г. Вычислитель сера Сэмюэля Морланда, предназначавшийся для
финансовых операций.
1674г. Вильгельм Годфрид фон Лейбниц сконструировал механическую
счётную машину, которая умела производить не только операции сложения и
вычитания, но и умножения!
1820г. Первый калькулятор – «Арифмометр» Шарля де Кольмара.
Продержалось на рынке (с некоторыми усовершенствованиями) целых 90 лет!
1834г. Знаменитая «Аналитическая машина» Чарльза Бэббиджа – первый
программируемый компьютер, использовавший примитивные программы на
перфокартах.
1871г. Бэббидж создал прототип аналитического устройства компьютера и
печатающее устройство – принтер.
1886г. Дорр Фелт создал Comptometer – первое устройство с клавишным
вводом данных.
1890г. В США произведена перепись населения – впервые в этом
участвовала «считающая машина», созданная Германом Холлритом.
1935г. Корпорация IBM (International Business Machines) начала выпуск
массовых вычислителей IBM-601.
1937г. Математик Алан Тюринг создал «математическую модель»
компьютера, получившую название «Машина Тюринга».
1938г. Кондрад Цузе, друг и коллега знаменитого Вернера фон Брауна,
создал в Берлине один из первых компьютеров – V1.
1943г. Говард Эйкен создает «ASCC Mark I» - машину, считающуюся
дедушкой современных компьютеров. Её вес составлял более 7 тонн и
состоял из 750 000 частей. Машина применялась в военных целях – для
расчёта артиллерийских таблиц.
1945г. Джон фон Нейман разработал теоретическую модель устройства
компьютера – первое в мире описание компьютера, использовавшего
загружаемые извне программы. В этом же году Мочли и Эккерт создали ENIAC
–самый грандиозный и мощный ламповый компьютер той эпохи. Компьютер весит
более 70 тон и содержит в себе почти 18 тысяч электронных ламп. Рабочая
частота компьютера не превышает 100КГц (несколько сот операций в
секунду).
1956г. В Массачусетском технологическом институте создан первый
компьютер на транзисторной основе. В этом же году IBM создала первый
накопитель информации – прототип винчестера – жёсткий диск КАМАС 305.
1958-1959г. Д. Килби и Р. Нойс создали уникальную цепь логических
элементов на поверхности кремниевого кристалла, соединённого алюминиевыми
контактами – первый прототип микропроцессора, интегральную микросхему.
1960г. АТ разработали первый модем.
1963г. Дуглас Энгельбарт получил патент на изобретённый им
манипулятор – «мышь».
1968г. Основание фирмы Intel Робертом Нойсем и Гордоном Мурем.
1969г. Intel представляет первую микросхему оперативной памяти
объёмом 1 Кб. В этом же году фирма Xerox создаёт технологию лазерного
копирования изображений, которая через много лет ляжет в основу
технологии печати лазерных принтеров. Первые «ксероксы».
1971г. ПО заказу японского производителя микрокалькуляторов Busicom
команда разработчиков Intel под руководством Теда Хоффа создаёт первый 4-
разрядный микропроцессор Intel-4004. Скорость процессора – 60 тысяч
операций в секунду. В этом же году команда и исследователей лаборатории
IBM в Сан-Хосе создает первый 8-дюймовый «флоппи-диск».
1972г. Новый микропроцессор от Intel – 8-разрядный Intel-8008. Xerox
создаёт первый микрокомпьютер Dynabook, размером чуть больше записной
книжки.
1973г. В научно-исследовательском центре Xerox создан прототип
первого персонального компьютера. Первый герой, появившийся на экране, -
Коржик, персонаж детского телесериала «Улица Сезам». В этом же году
Scelbi Computer Consulting Company выпускает на рынок первый готовый
персональный компьютер, укомплектованный процессором Intel-8008 и с 1 Кб
оперативной памяти. В этом же году IBM представляет жёсткий диск IBM
3340. Ёмкость диска составляла 16 Кб, он содержал 30 магнитных цилиндров
по 30 дорожек в каждом. Из-за этого и был назван «винчестером» (30/30” –
марка знаменитой винтовки). И в этом же году Боб Мэткэлф изобретает
систему связи компьютеров, получившую название Ethernet.
1974г. Новый процессор от Intel – 8-разрядный Intel-8080. Скорость
640 тысяч операций в секунду. В скором времени на рынке появляется
недорогой компьютер Altair на основе этого процессора, работающий под
управлением операционной системы CP/M. В этом же году первый процессор
выпускает главный конкурент Intel в 70-х годах – фирма Zilog.
1975г. IBM выпускает первый лэптоп. Первой музыкальной композицией,
воспроизведённой с помощью компьютера, слала мелодия песни The Beatles
«Fool On The Hill».
1976г. Фирма Advanced Micro Devices (AMD) получает право на
копирование инструкций и микрокода процессоров Intel. Начало «войны
процессоров». В этом же году Стив Возняк и Стив Джобс собирают в
собственной гаражной мастерской компьютер серии Apple. А 1 апреля того же
года на свет появляется компания Apple Computer. Компьютер Apple I
поступает в широкую продажу с весьма сакраментальной цифрой на ценнике –
666.66$.
1977г. В продажу поступают массовые компьютеры Commodore и Apple II.
Который снабжён оперативной памятью в 4 Кб, постоянной памятью 16 Кб,
клавиатурой и дисплеем. Цена за всё удовольствие - 1300$. Apple II
обзаводится модной добавкой – дисководом флоппи-дисков.
1978г. Intel представляет новый микропроцессор – 16 разрядный Intel-
8086, работающий с частотой 4,77 МГц (330 тысяч операций в секунду).
Основана компания Hayes – будущий лидер в производстве модемов. Commodore
выпустила на рынок первые модели матричных принтеров.
1979г. Появление процессора Intel-8088, а также первых видеоигр и
компьютерных приставок для них. Японская фирма NEC выпускает первый
микропроцессор в этой стране. Hayes выпускает первый модем со скоростью
300 бод, предназначенный для нового компьютера Apple.
1980г. Компьютер Atari становится самым популярным компьютером года.
Seagate Technologies представляет первый винчестер для персональных
компьютеров – жёсткий диск диаметров 5.25 дюймов.
1981г. Появляется компьютер Apple III. Intel представляет первый
сопроцессор. Основана фирма Creative Technology (Сингапур) – создатель
первой звуковой карты. Появляется в продаже первый массовый жёсткий диск
ёмкостью 5 Мб и стоимостью 1700$.
1982г. На рынке появляется новая модель от IBM – знаменитая IBM PC AT
– и первые клоны IBM PC. IBM представляет процессор 16-разрядный 80286.
Рабочая частота 6 МГц. (1,5 млн. операций в секунду). Hercules
представляет первую чёрно-белую видеокарту – Hercules Graphics Adapter
(HGA).
1983г. Commodore выпускает первый портативный компьютер с цветным
дисплеем (5 цветов). Вес компьютера 10кг, цена 1600$. IBM представляет
компьютер IBM PC XT, укомплектованный 10 Мб жёстким диском, дисководом на
360 Кб и 128 (позднее 768) Кб оперативной памяти. Цена компьютера
составляла 5000$. Выпущен миллионный компьютер Apple II. Появляются
первые модули памяти SIMM. Philips и Sony представляют миру технологию CD-
ROM.
1984г. Apple выпускает модем на 1200 бод. Hewlett-Packard выпускает
первый лазерный принтер серии LaserJet с разрешением до 300 dpi. Philips
выпускает первый дисковод CD-ROM. IBM представляет первые мониторы и
видеоадаптеры EGA (16 цветов, разрешение - 630х350 точек на дюйм), а
также профессиональные 14-дюймовые мониторы, поддерживающие 256 цветов и
разрешение в 640х480 точек.
1985г. Новый процессор от Intel – 32 разрядный 80386DX (со встроенным
сопроцессором). Рабочая частота 16 МГц, скорость около 5 млн. операций в
секунду. Первый модем от U.S. Robotics – Courier 2400 бод.
1986г. На компьютере Amiga демонстрируется первый анимационный ролик
со звуковыми эффектами. Рождение технологии мультимедиа. Рождение
стандарта SCSI (Small Computer System Interface).
1987г. Intel представляет новый вариант процессора 80386DX с рабочей
частотой 20 МГц. Шведским национальным институтом контроля и измерений
утверждается первый стандарт допустимых значений излучения мониторов.
U.S. Robotics представляет модем Courier HST 9600
1988г. Compaq выпускает первый компьютер с оперативной памятью 640
Кб – стандартная память для всех последующих поколений DOS. Hewlett-
Packard выпускает первый струйный принтер серии DeskJet. Стив Джобс и
основанная им компания NexT выпускает первую рабочую станцию, оснащённую
новым процессором Motorola, фантастическим для того времени объёмом
памяти (8 Мб), 17-дюймовым монитором и жёстким диском на 256 Мб. Цена
компьютера – 6500$.
1989г. Creative Labs представляет Sound Blaster 1.0, 8-битную
монофоническую звуковую карту. Рождение стандарта SuperVGA (разрешение
800х600 точек с поддержкой 16 тысяч цветов).
1990г. Рождение сети Интернет. Intel представляет новый процессор -
32-разрядный 80486SX. Скорость 27 миллионов операций в секунду. IBM
представляет новый стандарт видеоплат – XGA – в качестве замены
традиционному VGA (разрешение 1024х768 точек с поддержкой 65 тысяч
цветов).
1991г. Apple представляет первый монохромный ручной сканер. AMD
представляет усовершенствованные «клоны» процессоров Intel – 386DX с
тактовой частотой 40 МГц и 486SX с частотой 20 МГц. Первая стерео
музыкальная карта – 8-битный Sound Blaster Pro.
1992г. NEC выпускает первый привод CD-ROM с удвоенной скорость (2х).
1993г. Intel представляет новый стандарт шины и слота для подключения
дополнительных плат – PCI. Первый процессор нового поколения процессоров
Intel – 32-разрядный Pentium. Рабочая частота от 60 МГ, быстродействие –
от 100 млн. операций в секунду. Microsoft и Intel совместно с крупнейшими
производителями ПК вырабатывают технологию Plug&Play (включи и работай),
допускающую автоматическое распознавание компьютером новых устройств, а
также их конфигурацию.
1994г. Iomega представляет диски и дисководы ZIP и JAZ – альтернативу
существующим дискетам 1.44 Мб. US Robotics выпускает первый модем со
скоростью 28800 бод.
1995г. Анонсирован стандарт новых носителей на лазерных дисках – DVD.
AMD выпускает последний процессор поколения 486 – AMD 486DX-120. Intel
представляет процессор Pentium Pro, предназначенный для мощных рабочих
станций. Компания 3dfx выпускает набор микросхем Voodoo, который лёг в
основу первых ускорителей трёхмерной графики для домашних ПК. Первые очки
и шлемы «виртуальной реальности» для домашних ПК.
1996г. Рождение шины USB. Intel выпускает процессор Pentium MMX с
поддержкой новых инструкций для работы с мультимедиа. Начало производства
массовых жидкокристаллических мониторов для домашних ПК.
1997г. Появление процессоров Pentium II, и альтернативных процессоров
AMD K6. Первые дисководы DVD. Выпуск первых звуковых плат формата PCI.
Новый графический порт AGP.
1998г. Apple выпускает новый компьютер iMac, отличающийся не только
своей мощью и потрясающим дизайном. Выпуск процессоров Celeron с
урезанной кэш-памятью второго уровня. «Трёхмерная революция»: на рынке
появляется десяток новых моделей трёхмерных ускорителей, интегрированных
в обычные видеокарты. В течение года прекращён выпуск видеокарт без 3D-
ускорителей.
1999г. Выпуск новых процессоров Pentium III.
2000-2001г.г. Жёсткая конкурентная борьба между Intel и AMD,
приведшая к созданию процессоров с ужасающей скоростью 1900 МГц. Это
привело и к росту оперативной памяти, объёму жёстких дисков и видеокарт и
т.д.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Развитие электронной промышленности осуществляется такими быстрыми
темпами, что буквально через один год, сегодняшнее "чудо техники"
становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера
остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон
фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и
функционировании универсальных вычислительных устройств.
К тому же, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный
компьютер, знает круг задач для решения, которых он использует компьютер,
следовательно, и 10 лет назад приобретенная "286-я машина" исправно
работающая, удовлетворяющая запросы того или иного специалиста является
незаменимым его помощником в повседневном труде.
Поэтому рассмотренная выше тема дает наглядное представление о том,
какое ведущее место в жизни общества занимают в настоящее время
персональные компьютеры, сфера применения которых безгранична.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Леонтьев В.П. ПК: универсальный справочник пользователя Москва 2000.
Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. изд.5-е С.-Перетбург, АО
«Коруна» 1994.
Каталог «Весь компьютерный мир» декабрь 1995.
Прейскурант «ТелеКом Ростов» Ростов на Дону, сентябрь 2001.
Журнал «Домашний компьютер» август 2001г.
-----------------------
мышь

клавиатура

системный блок

монитор






Реферат на тему: Архитектура процессора
Технический университет Молдовы



РЕФЕРАТ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ
ТЕМА: Память и архитектура процессора



Факультет
CIM

Группа
С - 092

Подготовил
Плис Владимир.



Кишинёв 1999 г.


План:
Введение.
1) Историческая ретроспектива.
2) Архитектурное развитие.
3) Процесс производства.
4) Программная совместимость.
5) Обзор процессоров.
Будущие разработки Intel.



Процессор, или более полно микропроцессор, а также часто называемый ЦПУ
(CPU - central processing unit) является центральным компонентом
компьютера. Это разум, который управляет, прямо или косвенно, всем
происходящим внутри компьютера.
Когда фон Нейман впервые предложил хранить последовательность инструкций,
так называемые программы, в той же памяти, что и данные, это была поистине
новаторская идея. Опубликована она в "First Draft of a Report on the EDVAC"
в 1945 году. Этот отчет описывал компьютер состоящим из четырех основных
частей: центрального арифметического устройства, центрального управляющего
устройства, памяти и средств ввода-вывода.
Сегодня, более полувека спустя, почти все процессоры имеют фон-неймановскую
архитектуру.


Историческая ретроспектива
Как известно, все процессоры персональных компьютеров основаны на
оригинальном дизайне Intel. Первым применяемым в PC процессором был
интеловский чип 8088. В это время Intel располагал выпущенным ранее более
мощным процессором 8086. 8088 был выбран по соображениям экономии: его 8-
битная шина данных допускала более дешевые системные платы, чем 16-битная у
8086. Также во время проектирования первых PC большинство доступных
интерфейсных микросхем использовали 8-битный дизайн. Те первые процессоры
даже не приближаются к мощи, достаточной для запуска современных
приложений.
В таблице ниже приведены основные группы интеловских процессоров от первой
генерации 8088/86 до шестого поколения Pentium Pro и Pentium II:
|Тип/ |Дата|Ширина шины |Внутренни|Скорость шины |Внутренняя |
|Поколение | |данных/ |й кэш |памяти |частота |
| | |адреса | |(MHz) |(MHz) |
|8088/ First |1979|8/20 bit |None |4.77-8 |4.77-8 |
|8086/ First |1978|16/20 bit |None |4.77-8 |4.77-8 |
|80286/ |1982|16/24 bit |None |6-20 |6-20 |
|Second | | | | | |
|80386DX/ |1985|32/32 bit |None |16-33 |16-33 |
|Third | | | | | |
|80386SX/ |1988|16/32 bit |8K |16-33 |16-33 |
|Third | | | | | |
|80486DX/ |1989|32/32 bit |8K |25-50 |25-50 |
|Fourth | | | | | |
|80486SX/ |1989|32/32 bit |8K |25-50 |25-50 |
|Fourth | | | | | |
|80486DX2/ |1992|32/32 bit |8K |25-40 |50-80 |
|Fourth | | | | | |
|80486DX4/ |1994|32/32 bit |8K+8K |25-40 |75-120 |
|Fourth | | | | | |
|Pentium/ |1993|64/32 bit |8K+8K |60-66 |60-200 |
|Fifth | | | | | |
|MMX/ Fifth |1997|64/32 bit |16K+16K |66 |166-233 |
|Pentium Pro/|1995|64/36 bit |8K+8K |66 |150-200 |
|Sixth | | | | | |
|Pentium II/ |1997|64/36 bit |16K+16K |66 |233-300 |
|Sixth | | | | | |


Третье поколение процессоров, основанных на Intel 80386SX и 80386DX, были
первыми применяемыми в PC 32-битными процессорами. Основным отличием между
ними было то, что 386SX был 32-разрядным только внутри, поскольку он
общался с внешним миром по 16-разрядной шине. Это значит, что данные между
процессором и остальным компьютером перемещались на вполовину меньшей
скорости, чем у 486DX.
Четвертая генерация процессоров была также 32-разрядной. Однако все они
предлагали ряд усовершенствований. Во-первых, был полностью пересмотрен
весь дизайн 486 поколения, что само по себе удвоило скорость. Во-вторых,
все они имели 8kb внутреннего кэша, прямо у процессорной логики. Такое
кэширование передачи данных от основной памяти значило, что среднее
ожидание процессора запросов к памяти на системной плате сократилось до 4%,
поскольку, как правило, необходимая информация уже находилась в кэше.
Модель 486DX отличалась от 486SX только поставляемым внутри
математическим сопроцессором. Этот отдельный процессор спроектирован для
проведения операций над числами с плавающей точкой. Он мало применяется в
каждодневных приложениях, но кардинально меняет производительность числовых
таблиц, статистического анализа, систем проектирования и так далее.
Важной инновацией было удвоение частоты, введенное в 486DX2. Это значит что
внутри процессор работает на удвоенной по отношению ко внешней электронике
скоростью. Данные между процессором, внутренним кэшем и сопроцессором
передаются на удвоенной скорости, приводя к сравнимой прибавке в
производительности. 486DX4 развил эту технологию дальше, утраивая частоту
до внутренних 75 или 100MHz, а также удвоив объем первичного кэша до 16kb.
Pentium, определив пятое поколение процессоров, значительно превзошел в
производительности предшествующие 486 чипы благодаря нескольким
архитектурным изменениям, включая удвоение ширины шины до 64 бит. P55C MMX
сделал дальнейшие значительные усовершенствования, удвоив размер первичного
кэша и расширив набор инструкций оптимизированными для мультимедиа
приложений операциями.
Pentium Pro, появившись в 1995 году как наследник Pentium, был первым в
шестом поколении процессоров и ввел несколько архитектурных особенностей,
не встречавшихся ранее в мире PC. Pentium Pro стал первым массовым
процессором, радикально изменившим способ выполнения инструкций переводом
их в RISC-подобные микроинструкции и выполнением их в высокоразвитом
внутреннем ядре. Он также замечателен значительно более производительным
вторичным кэшем относительно всех прежних процессоров. Вместо использования
базирующегося на системной плате кэша, работающего на скорости шины памяти,
он использует интегрированный кэш второго уровня на своей собственной шине,
работающей на полной частоте процессора, обычно в три раза быстрее кэша на
Pentium-системах.
Следующий новый чип после Pentium Pro Intel представил спустя почти
полтора года - появился Pentium II, давший очень большой эволюционный шаг
от Pentium Pro. Это распалило спекуляции, что одна из основных целей Intel
в производстве Pentium II был уход от трудностей в изготовлении дорогого
интегрированного кэша второго уровня в Pentium Pro. Архитектурно Pentium II
не очень отличается от Pentium Pro с подобным эмулирующим x86 ядром и
большинством схожих особенностей.
Pentium II улучшил архитектуру Pentium Pro удвоением размера первичного
кэша до 32kb, использованием специального кэша для увеличения эффективности
16-битной обработки, (Pentium Pro оптимизирован для 32-битных приложений, а
с 16-битным кодом не обращается столь же хорошо) и увеличением размеров
буферов записи. Однако о основной темой разговоров вокруг новых Pentium II
была его компоновка. Интегрированный в Pentium Pro вторичный кэш,
работающий на полной частоте процессора, был заменен в Pentium II на малую
схему, содержащую процессор и 512kb вторичного кэша, работающего на
половине частоты процессора. Собранные вместе, они заключены в специальный
одностороний картридж (single-edge cartridge - SEC), предназначенный для
вставления в 242-пиновый разъем (Socket 8) на нового стиля системных платах
Pentium II.


Основная структура
Основные функциональные компоненты процессора
Ядро: Сердце современного процессора - исполняющий модуль. Pentium имеет
два параллельных целочисленных потока, позволяющих читать,
интерпретировать, выполнять и отправлять две инструкции одновременно.
Предсказатель ветвлений: Модуль предсказания ветвлений пытается угадать,
какая последовательность будет выполняться каждый раз когда программа
содержит условный переход, так чтобы устройства предварительной выборки и
декодирования получали бы инструкции готовыми предварительно.
Блок плавающей точки. Третий выполняющий модуль внутри Pentium, выполняющий
нецелочисленные вычисления
Первичный кэш: Pentium имеет два внутричиповых кэша по 8kb, по одному для
данных и инструкций, которые намного быстрее большего внешнего вторичного
кэша.
Шинный интерфейс: принимает смесь кода и данных в CPU, разделяет их до
готовности к использованию, и вновь соединяет, отправляя наружу.
[pic]


Все элементы процессора синхронизируются с использованием частоты часов,
которые определяют скорость выполнения операций. Самые первые процессоры
работали на частоте 100kHz, сегодня рядовая частота процессора - 200MHz,
иначе говоря, часики тикают 200 миллионов раз в секунду, а каждый тик
влечет за собой выполнение многих действий. Счетчик Команд (PC) -
внутренний указатель, содержащий адрес следующей выполняемой команды. Когда
приходит время для ее исполнения, Управляющий Модуль помещает инструкцию из
памяти в регистр инструкций (IR). В то же самое время Счетчик команд
увеличивается, так чтобы указывать на последующую инструкцию, а процессор
выполняет инструкцию в IR. Некоторые инструкции управляют самим Управляющим
Модулем, так если инструкция гласит 'перейти на адрес 2749', величина 2749
записывается в Счетчик Команд, чтобы процессор выполнял эту инструкцию
следующей.
Многие инструкции задействуют Арифметико-логическое Устройство (ALU),
работающее совместно с Регистрами Общего Назначения - место для временного
хранения, которое может загружать и выгружать данные из памяти. Типичной
инструкцией ALU может служить добавление содержимого ячейки памяти к
регистру общего назначения. ALU также устанавливает биты Регистра Состояний
(Status register - SR) при выполнении инструкций для хранения информации о
ее результате. Например, SR имеет биты, указывающие на нулевой результат,
переполнение, перенос и так далее. Модуль Управления использует информацию
в SR для выполнения условных операций, таких как 'перейти по адресу 7410
если выполнение предыдущей инструкции вызвало переполнение'.
Это почти все что касается самого общего рассказа о процессорах - почти
любая операция может быть выполнена последовательностью простых инструкций,
подобных описанным.


Архитектурное развитие
В соответствии с законом Мура (сформулированным в 1965 году Гордоном
Муром (Gordon Moore), одним из создателей Intel), CPU удваивает свою
мощность и возможности каждые 18-24 месяцев. В последние годы Intel
настойчиво следовал этому закону, оставаясь лидером на рынке и выпуская
более мощные чипы процессоров для PC, чем любая другая компания. В 1978
году 8086 работал на частоте 4.77MHz и содержал менее миллиона
транзисторов, на конец 1995 года их Pentium Pro вмещал уже 21 миллион
транзисторов и работал на 200MHz.
Законы физику ограничивают разработчиков в непосредственном увеличении
частоты, и хотя частоты растут каждый год, только это не может дать того
прироста производительности, что мы используем сегодня. Вот почему инженеры
постоянно ищут способ заставить процессор выполнять больше работы за каждый
тик. Одно развитие состоит в расширении шины данных и регистров. Даже 4-
битные процессоры способны складывать 32-битные числа, правда выполнив
массу инструкций, - 32-битные процессоры решают эту задачу в одну
инструкцию. Большинство сегодняшних процессоров имеют 32-разрядную
архитектуру, на повестке уже 64-разрядные.
В давние времена процессор мог обращаться только с целыми числами.
Единственной возможностью было написание программ, использующих простые
инструкции для обработки дробных чисел, но это было медленно. Фактически
все процессоры сегодня имеют инструкции для непосредственного обращения с
дробными числами.
Говоря, что 'нечто происходит с каждым тиком', мы недооцениваем как долго
на самом деле происходит выполнение инструкции. Традиционно, это занимало
пять тиков - один для загрузки инструкции, другой для ее декодирования,
один для получения данных, один для выполнения и один для записи
результата. В этом случае очевидно 100MHz процессор мог выполнить только 20
миллионов инструкций в секунду.
Большинство процессоров сегодня применяют поточную обработку
(pipelining), которая больше похожа на фабричный конвейер. Одна стадия
потока выделена под каждый шаг, необходимый для выполнения инструкции, и
каждая стадия передает инструкцию следующей, когда она выполнила свою
часть. Это значит, что в любой момент времени одна инструкция загружается,
другая декодируется, доставляются данные для третьей, четвертая
исполняется, и записывается результат для пятой. При текущей технологии
одна инструкция за тик может быть достигнута.
Более того, многие процессоры сейчас имеют суперскалярную архитектуру.
Это значит, что схема каждой стадии потока дублируется, так что много
инструкций могут передаваться параллельно. Pentium Pro, примером, может
выполнять до пяти инструкций за цикл тика.


Процесс производства
Что отличает микропроцессор от его предшественников, сконструированных из
ламп, отдельных транзисторов, малых интегральных схем, такими какими они
были первое время от полного процессора на едином кремниевом чипе.
Кремний или силикон - это основной материал из которого производятся
чипы. Это полупроводник, который, будучи присажен добавками по специальной
маске, становится транзистором, основным строительным блоком цифровых схем.
Процесс подразумевает вытравливание транзисторов, резисторов,
пересекающихся дорожек и так далее на поверхности кремния.
Сперва выращивается кремневая болванка. Она должна иметь бездефектную
кристаллическую структуру, этот аспект налагает ограничение на ее размер. В
прежние дни болванка ограничивалась диаметром в 2 дюйма, а сейчас
распространены 8 дюймов. На следующей стадии болванка разрезается на слои,
называемые пластинами (wafers). Они полируются до безупречной зеркальной
поверхности. На этой пластине и создается чип. Обычно из одной пластины
делается много процессоров.
Электрическая схема состоит из разных материалов. Например, диоксид
кремния - это изолятор, из полисиликона изготавливаются проводящие дорожки.
Когда появляется открытая пластина, она бомбардируется ионами для создания
транзисторов - это и называется присадкой.
Чтобы создать все требуемые детали, на всю поверхность пластины
добавляется слои и лишние части вытравливаются вновь. Чтобы сделать это,
новый слой покрывается фоторезистором, на который проектируется образ
требуемых деталей. После экспозиции проявление удаляет те части
фоторезистора, которые выставлены на свет, оставляя маску, через которую
проходило вытравливание. Оставшийся фоторезистор удаляется растворителем.
Этот процесс повторяется, по слою за раз, до полного создания всей схемы.
Излишне говорить, что детали размером в миллионную долю метра может
испортить мельчайшая пылинка. Такая пылинка может быть повсюду, размером от
микрона до ста - а это в 3-300 раз больше детали. Микропроцессоры
производятся в сверхчистой среде, где операторы одеты в специальные
защитные костюмы.
В прежние времена производство полупроводников приводило к удаче или
неудаче с отношением успеха менее 50% работающих чипов. Сегодня выход
результата намного выше, но никто не ожидает 100%. Как только новый слой
добавляется на пластину, каждый чип тестируется и отмечается любое
несоответствие. Индивидуальные чипы отделяются и с этой точки зовутся
матрицами. Плохие бракуются, а хорошие упаковываются в PGA (Pin Grid
Arrays) корпус - керамический прямоугольник с рядами штырьков на дне,
именно такой корпус большинство людей принимают за процессор.
4004 использовал 10-микронный процесс: наименьшие детали составляли одну 10-
миллионную метра. По сегодняшним стандартам это чудовищно. Если
предположить, что Pentium Pro изготовлен по такой технологии он был бы
размером 14x20 сантиметров, и был бы медленным - быстрые транзисторы малы.
Большинство процессоров сегодня используют 0.25-микронные технологию, и 0.1-
микронный процесс - среднесрочная перспектива для многих производителей.


Программная совместимость
На заре компьютерного века многие люди писали свои программы, а точный
набор исполняемых инструкций процессора не был существенен. Сегодня,
однако, люди ждут возможность использовать готовые программы, так что набор
инструкций первостепенен. Хотя ничего нет магического с технической точки
зрения в архитектуре Intel 80x86, она уже давно стала индустриальным
стандартом.
Когда сторонние производители делают процессор с другими инструкциями, он
не будет работать с принятым стандартным программным обеспечением, и в
результате не продается. В дни 386-х и 486-х компании, например AMD,
клонировали интеловские процессоры, но это всегда было с отставанием на
поколение. Cyrix 6x86 и AMD K5 были конкурентами интеловского Pentium, но
это были не чистые копии. K5 имел собственный набор инструкций и
транслировал инструкции 80x86 во внутренние при загрузке, так что K5 не
требовал при проектировании предварительного создания Pentium. Многое в
действительности создавалось параллельно, сдерживала только схема
трансляции. Когда K5 наконец появился, он перепрыгнул Pentium в отношении
производительности при одинаковых частотах.
Другой путь, по которому процессоры с разной архитектурой относительно
единообразны к внешнему миру, - это стандартная шина. В этом отношении
введенная в 1994 году шина PCI - один из наиболее важных стандартов. PCI
определяет набор сигналов, разрешающих процессору общаться с другими
частями PC. Он включает шины адреса и данных, плюс набор управляющих
сигналов. Процессор имеет свои собственные шины, так что чипсет
используется для преобразования из этой "частной" шины в "публичную" PCI.


Pentium
Введение Pentium в 1993 году революционизировало рынок PC, вложив в корпус
среднего PC больше мощи, чем имела NASA в кондиционируемых компьютерных
помещениях начала 60-х. Архетектура Pentium представляет шаг вперед от 486.

Это был основанный на CISC чип с более 3.3 миллионами транзисторов,
произведенный по 0.35-микронной технологии. Внутри процессор использовал 32-
разрядную шину, но внешняя шина данных была 64-разрядна. Внешняя шина
требовала других материнских плат, и для их поддержки Intel выпустил
специальный чипсет для связи Pentium с 64-разрядным внешним кэшем и шиной
PCI.


Большинство Pentium (75MHz и выше) работают на 3.3V с 5V вводом-выводом. У
Pentium двойной потоковый суперскалярный дизайн, позволяющий ему выполнять
больше инструкций за тик. Пять стадий (загрузка, декодирование, генерация
адреса, выполнение и выгрузка) при исполнении целочисленных инструкций
остаются, как в 486, но Pentium имеет два параллельных целочисленных
потока, позволяющих ему читать, интерпретировать, выполнять, и записывать
две операции одновременно. Так проводятся только целочисленные операции - с
дробными числами обращается отдельный модуль плавающей точки.
Pentium также использует два 8-килобайтных ассоциативных буфера, более
известных как первичный или первого уровня кэш) - один для инструкций и
другой для данных. Объем кэша удвоен по сравнению с предшественником, 486.
Этот кэш добавляет к производительности, поскольку действует как временное
хранилище информации для данных, доставляемых из медленной основной памяти.

Буфер Ветвлений (BTB) обеспечивает динамическое предсказание ветвлений. Он
улучшает выполнение инструкций запоминанием способа ветвления и применением
той же ветви при следующем выполнении инструкции. Когда BTB делает
правильное предсказание, производительность увеличивается. 80-точечный
Модуль Плавающей Точки обеспечивает арифметическое средство для обращения с
"вещественными" числами.

Обзор процессоров


Pentium Pro
Интеловский Pentium Pro, выпущенный в конце 1995 года с ядром CPU,
состоящим из 5.5 миллионов транзисторов, плюс 15.5 миллионов транзисторов
во вторичном кэше, изначально предназначался для рынка серверов и high-end
рабочих станций. Этот суперскалярный процессор включает особенности
процессоров высшей категории и оптимизирован под 32-битные операции.
Pentium Pro отличается от Pentium'а наличием встроенного вторичного кэша
размером от 256kb до 1mb, работающего на внутренней частоте. Помещение
вторичного кэша на чипе, а не на системной плате, позволяет передавать
данные по 64-битному каналу, а не по 32-битной системной шине у Pentium.
Такая физическая близость также добавляет к росту производительности. Эта
комбинация настолько мощна, что 256kb встроенного кэша эквивалентны 2mb на
системной плате.
Даже большим фактором в производительности Pentium Pro является
комбинация технологий, известных как "динамическое выполнение". Оно
включает предсказание ветвлений, анализ потока данных и спекулятивное
выполнение. Их комбинирование позволяет позволяет процессору использовать
пропадающие иначе циклы тиков, производя предсказания программного потока
выполнения инструкций вперед.
Pentium Pro был также первым процессором в семействе x86 с применением
сверх поточности (superpipelining), этот поток включает 14 стадий,
делящихся на три секции. Очередная подготовительная секция, обрабатывающая
декодирование и вывод инструкции, состоит из восьми стадий. Внеочередное
ядро, выполняющее инструкцию, имеет три стадии и очередное завершение
состоит из трех финальных стадий.


Другим, более важным отличием Pentium Pro является его обращение с
инструкциями. Он получает CISC (Complex Instruction Set Computer) x86
инструкции, и преобразовывает их во внутренний RISC (Reduced Instruction
Set Computer) микрокод. Преобразование спроектировано так, чтобы избежать
некоторые ограничения, унаследованные от набора инструкций x86, таких как
нерегулярное декодирование инструкций и арифметические операции регистр-в-
память. Микрокод затем пересылается во внеочередной исполнитель инструкций,
который определяет, готова ли инструкция к выполнению, и, если нет,
передвигает код по кругу, чтобы предотвратить застопорение потока.
У миграции в сторону RISC есть свои минусы. Во-первых, преобразование
инструкций занимает время, пусть оно даже меряется в нано- или
микросекундах. В результате Pentium Pro неизбежно тратит производительную
мощь на обработку инструкций. Второй минус в том, что внеочередной дизайн
может частично влиять на 16-битный код, приводя к застопориванием. Это
может быть причиной частичного обновления регистра, происходящего до
полного чтения регистра, и налагать строгие производственные издержки до
семи циклов тика.
Pentium Pro был первым микропроцессором, не использующим почтенный Socket
7, требуя большего 242-контактного интерфейса Socket 8 и ново годизайна
системных плат.


MultiMedia eXtensions
Процессор Intel’s P55C MMX с мультимедиа расширением выпускается с начала
1997 года. Он представил наиболее значительное изменение базисной
архитектуры процессоров PC за последние десять лет и обеспечивал три
главных улучшения:
встроенный кэш первого уровня стандартного Pentium удваивался до 32kb
добавлено 57 новых инструкций, предназначенных специально для более
эффективного манипулирования видео, аудио и графическими данными
был развит новый процесс, названный SIMD (Single Instruction Multiple Data
- Одна Инструкция Много Данных) и позволяющий выполнять одинаковую
инструкцию ко многим экземплярам данных одновременно.
Больший первичный кэш значит, что процессор имеет под рукой больше
данных, уменьшая нужду в получении данных из кэша второго уровня, что
положительно отражается на всех программах. Новые инструкции, применяемые в
совокупности с SIMD и восемью расширенными (64-битными) регистрами,
значительно используют параллелизм, когда восемь байт данных можно
обработать за один цикл, а не по одному за цикл. Получается специальное
преимущество для мультимедиа- и графических приложений, таких как аудио и
видео де/кодирование, масштабирование образов и интерполяция. Вместо
перемещения в

Новинки рефератов ::

Реферат: "Окаянные дни" в судьбах и творчестве И. Бунина и А. Куприна (Литература : русская)


Реферат: Локальные сети (Компьютеры)


Реферат: Сочинение-эссе: "Моя педагогическая философия" (Педагогика)


Реферат: Бизнес-план фирмы "СТРОЙИНДУСТРИЯ" (Менеджмент)


Реферат: Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни (Биология)


Реферат: Трехмерная компьютерная графика (Компьютеры)


Реферат: История международного морского права (Международное частное право)


Реферат: Трионика. Христианская самооценка личности (Психология)


Реферат: Формирование грамматических навыков на начальном этапе обучения иностранному языку (Педагогика)


Реферат: Неполадки при загрузке Windows и их устранение. Загрузочная дискета (Программирование)


Реферат: Некоторые подходы к формированию изобразительной деятельности старших дошкольников с двигательными нарушениями (Педагогика)


Реферат: Культура (Культурология)


Реферат: Германия - инициатор двух мировых войн. Причины и последствия (Политология)


Реферат: Киевская Русь (История)


Реферат: ПОСТРОЕНИЕ VERILOG-МОДЕЛИ BER-ТЕСТЕРА ДЛЯ ПРОВЕРКИ КАНАЛОВ СВЯЗИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ (Компьютеры)


Реферат: АПК Украины (Сельское хозяйство)


Реферат: Программирование на Borland С++ (Компьютеры)


Реферат: Теория стратификации: генезис, механизм, анализ (Социология)


Реферат: Пётр I (История)


Реферат: Обучение дошкольников правилам дорожного движения (Педагогика)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист