Мікропроцесор.

Самим головним елементом у комп'ютері, його "мозком", є мікропроцесор - невелика (у кілька сантиметрів) електронна схема, що виконує всі обчислення й обробку інформації. МП уміє робити сотні різних операцій і робить це зі швидкістю в кілька десятків або навіть сотень мільйонів операцій у секунду. У комп'ютерах типу IBM PC використовуються МП фірми INTEL, а також сумісні з ними МП інших фірм.

 Кожен МП має певне число елементів пам'яті, що називаються регістрами, арифметико-логічний пристрій (АЛП) і пристрій керування (УУ). Регістри використовуються для тимчасового зберігання виконуваної команди, адрес пам'яті, оброблюваних даних й іншої внутрішньої інформації (інф.) МП.

В АЛП здійснюється арифметична й логічна обробка даних. УУ реалізує тимчасову діаграму і виробляє необхідні керуючі сигнали для внутрішньої роботи МП і зв'язку його з іншою апаратурою через зовнішні шини МП.

Структури різних типів МП можуть істотно відрізнятися, однак з точки зору користувача найбільш важливими параметрами є архітектура, адресний простір пам'яті, розрядність шини даних, швидкодія. Архітектуру МП визначає розрядність слова і внутрішньої шини даних МП. Перші МП грунтувалися на 4-розрядної архітектури. Перші ПЕОМ використовували МП із 8-розрядної архітектурою, а сучасні МП засновані на МП з 16 - і 32-розрядної архітектурою.

МП з 4 - і 8-розрядної архітектурою використовували послідовний принцип виконання команд, при якому чергова операція починається тільки після виконання попередньої. У деяких МП із 16-розрядної архітектурою використовуються принципи паралельної роботи, при якому одночасно з виконанням поточного завдання (команди) виробляються додаткова вибірка і зберігання наступних команд. У МП з 32разрядной архітектурою використовується конвеєрний метод виконання команд, при якому кілька внутрішніх пристроїв МП працюють паралельно, здійснюючи одночасно кілька послідовних команд програми.

Адресний простір пам'яті визначається розрядністю адресних регістрів і адресної шини МП. У 8-розрядних МП адресні регістри зазвичай складаються з двох 8-розрядних регістрів, утворюючи 16-розрядну шину, що адресують 64 Кбайта пам'яті. У 16-розрядних МП, як правило,

використовуються 20-розрядні адресні регістри, що адресують 1 Мбайт пам'яті. У 32-розрядних МП використовуються 24 - і 32-розрядні адресні регістри, що адресують від 16 Мбайт до 4 Гбайт пам'яті.

Для вироблення команд і обміну даними з пам'яттю МП мають шину даних, розрядність якої, як правило, збігається з розрядністю внутрішньої шини даних, яка визначається архітектурою МП. однак для спрощення зв'язку із зовнішньою апаратурою зовнішня шина даних може мати розрядність меншу, ніж внутрішня шина даних і регістри даних. Наприклад, деякі МП, 16-бітна архітектурою мають 8-розрядну зовнішню шину даних. Вони являють собою спеціальні модифікації звичайних 16-розрядних МП і мають практично той же обчислювальною потужністю.

Одним з важливих параметрів МП є швидкодія, яке визначається тактовою частотою його роботи, яка зазвичай задається зовнішніми синхросигналами. Для різних МП ця частота має межі 0,4 - 33 МГц. Виконання найпростіших команд (наприклад, додавання двох операндів із регістрів або пересилання операндів у регістрах МП) мінімально двох періодів тактових імпульсів (для вибірки команди і її виконання). Більш складні команди вимагають для виконання до 10-20 періодів тактових імпульсів. Якщо операнди знаходяться не в регістрах, а в пам'яті, додатковий час витрачається на вибірки операндів у регістри і запису результату в пам'ять.

Швидкість роботи МП визначається не тільки тактовою частотою, але і набором його команд, їх гнучкість, розвиненою системою переривань.

Електронна пам'ять. Містить операнди і програму, яку виконує МП. Звичайно є слова, які відповідають розрядності шини даних МП, які адресуються адресним просторів МП. Використовуються два типи ел. пам'яті: постійно запам'ятовуючі пристрої (ПЗП) і оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗУ).

У ПЗП зберігається інф., Яку ЕОМ може використовувати відразу після виключення живлення. Вона включає програми ініціалізації программноуправляемих периферійних мікросхем, програми ядра ОС і в деяких додатках інтерпрітатор будь-якого діалогового мови програмування, чи найбільш часто використовуються прикладні програми.

Для реалізації ПЗУ часто застосовують мікросхеми з пропалює перемичками К556РТ5 (512 байт), К556РТ7 (2 Кбайта), К573РФ4 (8 Кбайт). У сучасних ЕОМ ємність ПЗУ досягає сотень Кбайт.

ПЗУ є енергозалежної пам'яттю: після виключення живлення інф. у ньому зберігається. Інф. в ОЗУ руйнується при виключенні живлення. В ОЗП зберігаються оперативні дані і програм, що використовуються МП. Тому мікросхеми ОЗП за швидкодією повинні бути узгоджені з МП, а ємність ОЗУ (разом з ПЗУ) повинна наближатися до боковий вівтар, що визначається адресним простором МП.

Бувають ОЗУ статистичні і динамічні. Стат. ОЗУ легко сполучаються з шинами МП, але мають меншу ємність у порівнянні з дінамічес кими. Як стат. ОЗУ часто використовуються мікросхеми серії К537 ємністю до 64 Кбайт.

Для сполучення динам. ОЗУ з МП потрібен спеціальний контролер, але вони володіють більшою ємністю в порівнянні зі статичними. Наприклад, мікросхеми серії К565 мають ємність до 256 Кбайт.

Схеми вводу-виводу. Взаємодія з оператором через клавіатуру, дисплей і друкувальні пристрої, запис виконуваних програм з ВЗП в ОЗУ здійснюють через порти (багаторозрядних шини) вводу-виводу. Для управління ВУ розроблений ряд мікросхем, які виконують функції контролерів ПУ: клавіатури, дисплея, НГМД та ін

Зв'язок контролерами ПУ зазвичай здійснюється через порти вводу-виводу під безпосереднім керуванням МП. Однак у деяких ЕОМ використовується спеціальний контролер прямого доступу до пам'яті (ПДП), який здійснює безпосередній обмін інф. Тим ОЗУ і ПУ без урахування МП. Зв'язок ЕОМ з ПУ проводиться через стандартизовані інтерфейси ПУ.

 ХАРАКТЕРИСТИКИ МП.

МП відрізняються один від одного двома характеристиками: типом (моделлю) і тактовою частотою. Найбільш поширені моделі INTEL-8088, 80286, 80386sx, 80386, 80486 і PENTIUM, вони приведені в порядку зростання продуктивності і ціни. Однакові моделі МП можуть мати різну тактову частоту - чим вище тактова частота, тим вище продуктивність і ціна МП.

Тактова частота вказує, скільки елементарних операцій (тактів) МП виконує в 1 секунду. Тактова частота вимірюється в МГц. Слід зауважити, що різні моделі МП виконують одні й ті ж операції (наприклад, додавання та множення) за різне число тактів. Чим вище модель, тим, як правило, менше тактів потрібно для виконання одних і тих

ж операцій. Тому, наприклад, МП INTEL-80386 працює в 2 рази швидше INTEL-80286 з такою ж тактовою частотою.

МОДЕЛІ МП.

Вихідний варіант комп'ютера IBM PC і модель IBM PC XT використовують МП INTEL-8088. На початку 80-х років ці МП випускалися з тактовою частотою 4,77 МГц, зараз вони випускаються з тактовою частотою 8 або 10 Мгц (тобто нові моделі працюють у 1,7-2,1 рази швидше). Моделі зі збільшеною продуктивністю (тактовою частотою) іноді називаються TURBO-XT. Модель IBM PC XT використовує більш могутній МП INTEL-80286, і її продуктивність у 4-5 разів, більше, ніж у IBM PC XT. Вихідні варіанти IBM PC AT працювали на Мп з тактовою частотою 6 Мгц, зараз більшість випускаються комп'ютерів цього типу має тактову частоту від 16 до 25 МГц, тобто вони працюють у 2-3 рази швидше. МП INTEL-80286 має трохи більше можливостей у порівнянні з INTEL-8088, він ці додаткові можливості використовуються дуже рідко, тому що більшість програм, що працюють на AT, буде працювати і на XT.

У 1988-1991 рр.. більша частина випускаються комп'ютерів була заснована на досить потужному МП INTEL-80386. Цей МП (званий також 80386DX) працює в 2 рази швидше, ніж працював би 80286 з тією ж тактовою частотою. Диапозон тактової частоти 80386DX-від 25 до 40 МГц. Крім того, 80386 має значно більше можливостей у порівнянні з INTEL-8088, зокрема містить потужні засоби для управління пам'яттю і команди для 32-розрядних операцій (на відміну від 16-розрядних 80286 і 8088). Тому багато виробників програмного забезпечення розробляють програми спеціально для INTEL-80386SX. Фірмою INTEL розроблений також МП INTEL-80386SX, він ненабагато дорожче INTEL-80286SX, але має ті ж можливості, що й INTEL-80386, тільки при більш низькому швидкодії (приблизно в 1,5-2 рази).

Що отримав останнім часом широкого поширення МП INTEL-80486 (або 80486DX) мало відрізняється від INTEL-80386, але його продуктивність в 2-3 рази вище. Серед його особливостей варто відзначити вбудовану кеш-пам'яті і вбудований математичний співпроцесор. Фірмою INTEL також розроблені більш дешевий, але менш продуктивний варіант - 80486SX і дорожчий і більш швидкий варіант - 80486DX. Тактова частота 80486 зазвичай знаходиться в діапазоні 33-66 МГц.

У 1993 р. фірмою INTEL був випущений новий МП PENTIUM (раніше анансіровавшійся під назвою 80586). Цей МП ще більш потужна, особливо при обчисленнях над числами.

 Фірмою INTEL (США) у розвитку МП 8086 і 8088 (вітчизняні аналоги К18110ВМ86 і К1810ВМ88) розроблені високопродуктивні 16-розрядні Мп 80186, 80286 і 32-розрядні МП 80386, 80386SX, 80486.

Розглянемо, як приклад мікропроцесорні комплекти 80286.

Він включає такі мікросхеми:

80286 - однокристальний 16-розрядний МП;

80287 - однокристальний 80-розрядний математичний співпроцесор;

82284 - генератор тактових сигналів;

82288 - системний контролер;

82289 - арбітр магістралі.

МП 80286 в 6 разів більш продуктивніше МП 8086. Апаратура МП забезпечує гнучку і ефективний захист пам'яті, контрольований доступ до ресурсів ОС, ізоляцію індивідуальних прикладних програм один від одного і малий час реакцій на переривання.

У 80286 використовується конвеєрний принцип виконання команд з чотирма рівнями конвейеризації, реалізованими в чотирьох роздільних логічних пристроях: інтерфейсу шини, адрес команд та виконавчому пристрої. Ці пристрої працюють одночасно: цикли звертання до пам'яті, вечісленія адрес та контролю захисту, декодування і виконання команд можуть поєднуватися.

 Інтерфейс шини передає байт інф. по кожному циклу тактової частоти зі своєї черги в пристрій команд, яке декодує і перетворює формат повних даних і поміщає їх у чергу команд, які очікують на виконання.

Виконавче устройтсво містить робочі регістри, АЛУ і мікропрограмного ПЗУ, яке визначає послідовність внутрішніх мікрокоманд. Коли поточна команда близька до завершення, ПЗУ генерує сигнал, за яким виконавчий пристрій приймає наступну адресу ПЗУ з черги команд, що забезпечує безперервність його роботи.

Багаторівневий механізм захисту пам'яті МП виключно гнучкий: можна використати два, три або чотири рівні захисту для системних програм, забезпечуючи якість захисту для системних програм, що забезпечують якість захисту команд, необхідний для будь-якої конкретної ЕОМ.

Резервуючи один рівень привілейованості для розширень ОС, можна спеціалізувати функції ЕОМ, не зачіпаючи початкового ПЗ.

Основним механізмом захисту передбачається надання кожному завданні керованого доступу до двох областях віртуальної пам'яті однієї загальної та однієї приватної - відповідно до вмістом глобальної та локальної дескріпторних таблиць:

в глобальному перераховуються сегменти, до яких можуть звертатися всі системні завдання, з урахуванням обмежень тільки по рівнях привілейованості;

в локальній перераховуються сегменти які надаються тільки одного завдання, оскільки в кожну задачу подібна таблиця входить як частина опису її стану, типова ЕОМ міститиме багато локальному дескріпторних таблиць. Регістр-вказівник цієї таблиці автоматично завантажується разом з іншими регістрами при перемиканні на це завдання.

Дескриптор для кожного сегмента містить базовий адреса, розмір сегменту і поле прав доступу. Це поле визначає режим використання інф. даного сегменту.

Регістр ознак 80286 має додатковий ознака вкладеності і двухразрядний ознака рівня привілейованості операцій вводу-виводу.

Пристрій адрес виробляє перетворення адрес і одночасно контролює права доступу; включає кеш-пам'ять (зберігає базова адреса, граничне граничне значення і права доступу для всіх сегментів вертуальной пам'яті, обраних в даний момент для використання виконується завданням). Наявність кеш-пам'яті зводить до мінімуму необхідність у зчитуванні зазначеної інформації з основної пам'яті і дозволяє пристрою адрес виконувати свою функцію за один цикл тактової частоти.

Паралельна робота чотирьох внутрішніх пристроїв дає можливість 80286 здійснювати управління віртуальною пам'яттю і забезпечувати захист всієї пам'яті без зниження продуктивності.

 ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80286

Тактова частота ---------- 6; 8; 10; 12

Адресний простір пам'яті:

фізичної, Мбайт ---------------- 16

віртуальної на завдання, Гбайт ---------- 1

Число рівнів захисту пам'яті ---------- 4

Пропускна здатність шини, Мбайт/с----12, 5

Число контактів чотирирозрядний корпусу - 68

 У 80286 передбачені 4 ієрархічних рівня захисту пам'яті, реалізованих апаратно, що підвищує загальну продуктивність ПЕОМ і не вимагає додаткових програмних витрат на виконання функцій захисту.

Ядро ОС працює на найвищому рівні і виконує такі найбільш відповідальні функції, як розподіл пам'яті, планування завдань і координацію взаємодії між завданнями. Невелика за розміром ядро ОС добре використовує швидкодію процесора, і його можна розглядати ка розширення фізичного процесора.

Наступним після рівня ядра ОС йде рівень супервізора, керуючого ресурсами введення-виведення, розподілом буферів даних, глобальним плануванням завдань. Програми супервізора мають більший розмір, ніж програми на рівні ядра. Найменш надійні програми, наприклад неапробірованние програми користувача, працюють на 4 рівні, найнижчому рівні привілейованості.

У 80286 є 17 регістрів. Вісім призначені для виконання арифметичних обчислень і формування адрес, і зсувів, і забезпечують програмну сумісність з 80286.

Чотири сегментних регістра визначають 4 сегмента області віртуальних адрес, що надаються виконується завдання. Це регістри сегментів коду, даних, додаткового сегменту і стека. Якщо в 8086 сегментні регістри були 16-розрядними, то в 80286 їхня довжина збільшена до 64 розрядів, причому кожний з регістрів містить 16-розрядний сектор і 48-розрядний дескріптор.Задача використовує 4 апаратних сегментних регістра і може мати доступ максимум до 16 До сегментами . Ці апаратні регістри перезавантажуються кожного разу, коли надходить запит на новий сегмент, причому це робиться прозоро для програміста.

Використання в команда віртуальних адрес дає кожному користувачеві можливість доступу до віртуальної пам'яті ємністю 1 Гбайт. Сегмент в 80286 - це частина діапазону віртуальних адрес, довжина якої може мінятися від 1 байта до 64 Кбайт. Засоби роботи з сегментами змінного розміру забезпечують більш ефективне виконання команд операцій підкачки.

Віртуальний адреса складається з селектора і зсуву. Селектор - це індекс-відстань від базової адреси дескріпторной таблиці до потрібного елемента-дескриптора в цій таблиці. Зсув - це відстань до потрібного байти даних у зазначеному сегменті. Набір команд 80286 є розширенням розширенням команд 8086 та забезпечує програмну сумісність з ним.

Він включає всі види команд 8086 та 80186 та додаткові команди для роботи із засобами управління пам'яттю. Команди 80286 спрощують реалізацію складних ПЕОМ, що розробляються на сучасних мовах високого рівня.

Нові команди спрощують виконання стекові операцій, обчислення і контроль індексів динамічних масивів, а також виконання наказів входу і виходу з процедур в структурованих мовах високого рівня. За допомогою привілейованих команд, які можуть виконуватися тільки на вищому за пріоритетом рівні, тобто в ядрі ОС, можна встановлювати або змінювати параметри пам'яті для системи.

ВИСОКОПРІЗВОДІТЕЛЬНИЙ математичного співпроцесора 80287: Обробляє 32 -, 64 - і 80-розрядні операнди з плаваючою точкою, 32і 64-розрядні дані з фіксованою точкою та 18-розрядні двоічнодесятичних чісла.Он підключається до 80286 і використовує ресурси, підключені до локальної шині даних. Як і 80286, співпроцесор може працювати в режимі реальної адресації або захищеному режимі. На рівні об'єк єктивні кодів 80287 сумісному з 8087 (аналог К1810ВМ87), має аналогічну структуру, розміщений у такому ж 40-контактному корпусі, але має більшу продуктивністю.

Інший приклад, мікропроцесорних НАБОР 80386 32-розрядний МП.

Включає наступні мікоросхеми:

80386 - швидкодіючий 32-розрядний МП із 32-розрядної зовнішньої

шиною;

80387 - швидкодіючий математичний співпроцесор;

82384 - генератор тактових сигналів;

82358 - арбітр магістралі -.

 МП 80386 оптимізовано для багатозначних ОС і прикладних задач, для яких необхідний високий бистродействіе.Главной його особливістю є апаратна реалізація так званої многосістемной програмної середовища, що забезпечує можливість спільної роботи різнорідних програм користувачів, орієнтованих на різні ОС (UNIX, MS DOS, APS 86). МП 80386 забезпечує програмну сумісність знизу вгору по відношенню до 16-розрядних МП 8086, 80186 та 80286.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80386

Тактова частота, МГц ---------- 16, 20, 25, 33

Адресний простір пам'яті:

фізичне, Гбайт -------------- 4

віртуальне, Тбайт -------------- 64

Число рівнів захисту ------------ 4

Пропускна здатність шини, Мбайт/с--32

Число контактів корпусу з матричним розкладанням висновків -------------- 132

Архітектура з вбудованими пристроями управління пам'яттю і захисту включає трансляцію адреси, регістри апаратуру для багатозадачних режимів і механізму захисту, які забезпечують роботу різних ОС.

 МП 80386 містить 6 блоків, які забезпечують управління виконанням команд, пару з шинами, декодування та випереджаючу вибірку команд. Всі ці пристрої працюють у вигляді конвеєра, причому кожне з них може виконувати свою конкретну функцію паралельно з іншими.

Таким чином, під час виконання однієї програми здійснюється декодування другим, а третій вибирається з пам'яті. Додатковим засобом підвищення продуктивності служить спеціальний блок швидкого множення (ділення). УУП містить блок сегментації і блок сторінкової організації. Сегментація дозволяє управляти логічним адресним простором, забезпечуючи переместімость програм і даних, і ефективне розподіл пам'яті між завданнями. Сторінковий механізм працює на більш низькому рівні і прозорий для сегментації, позволя упарвлять фізічіскім адресним простором. Кожен сегмент розділяється на одну або кілька сторінок розміром 4 Кбайта.

Пам'ять організована у вигляді одного або декількох сегментів змінної довжини. Максимальна довжина сегмента 4 Гбайт. Кожна область адресного простору може мати пов'язані з нею атрибути, що визначають її розташування, розмір, тип (стек, програма або дані) і характеристики захисту.

Пристрій сегментації забезпечує 4-х рівневу захист для ізоляції прикладних задач і ОС один від одного.

МП 80386 має 2 режими роботи: реальної адресації і віртуальної адресації із захистом. У реальному режимі 80386 працює як швидкий 8086 (при необхідності з 32-розрядними даними). РЕАЛЬНИЙ РЕЖИМ необхідний для встановлення процесора після скидання перед переходом в режим із захистом. Режим із захистом забезпечує доступ до складній системі управління пам'яттю, сторінкової адресації і системі привілеїв в процесорі.

Всередині режиму із захистом програма може здійснити перемикання завдань для того, щоб увійти до завдань, що відзначаються як завдання віртуального режиму 8086. Кожна така задача дозволяє виконуватися будь-яким програмам 8086 (прикладної або цілої ОС). Віртуальні задачі 8086 можуть бути ізольовані і захищені один від одного і від головної ОС за допомогою сторінкової адресації і емуляції команд вводу-виводу.

У 80386 є 32 регістра, які поділяються на такі групи:

загального призначення; сегментні; покажчик команд і прапори; управління.

Шість программнодоступних регістрів налагодження реалізують підтримку процесу налагодження програм: чотири вказують чотири точки зупину, керуючий використовується для встановлення конторльних точок, а статусний показує поточний стан точок зупину. Ці регістри забезпечують завдання контрольних точок зупинки по командах і даних, а також крок за кроком режим виконання програми.

СИСТЕМА КОМАНД МП 80386 підрозділяється на наступні класи опера ції; пересилання даних; арифметику; зрушення (циклічний зсув); роботу з рядками; роботу з битами; передачу управління; підтримку мов високого рівня; підтримку ОС; управління процесором. Вона містить набір команд 80286 і додаткові команди.

МІКРОПРОЦЕСОРНІ НАБОР 80486.

Включає наступні мікросхеми:

80486 - швидкодіючий 32-розрядний МП;

82596СА - 32-розрядний співпроцесор LAN;

82320 - контролер магістралі Micro Chanel (MCA);

82350 - контролер магістралі EISA;

82С508 - мікросхема програмованої логіки, яка мінімізує обсяг

обладнання основної плати.

МП 80486 використовує CISC-архітектуру і забезпечує програмну сумісність з 80386, в 2-4 рази більше продуктивніше 80386 внаслідок часткового застосування RISC-архітектури і внутрішньої 128-розрядної шини даних, внутрішнього ОЗП ємністю 8 Кбайт, реалізації функцій математичного співпроцесора 80387, контролера кеш - пам'яті 82385. Система команд містить набір команд 80386 і додаткові команди.

МП містить більше 1 млн. транзисторів, має тактову частоту 25 або 33 МГц і розміщений у 186-вивідному корпусі з матричним розташуванням висновків. В МП використовуються роздільні 32-розрядні шини адреси і даних, що забезпечують в монопольному режимі швидкість передачі даних до 106 Мбайт/с (при тактовою частотою 33 МГц).

Співпроцесор 82596 оптимізовано для виконання функцій файл-сервера, побудови одно-і розрахованих на багато робочих станцій та міні-комп'ютера. Співпроцесор використовує при передачі даних 32-розрядні шини і сигнали, що дозволяє спростити пару з арифметичними сопроцессорами і системною магістраллю.

 Фірма INTEL перша випустила 16-бітові МП. МП 8086 являє собою значно вдосконалений варіант МП 8086/8085, а МП 8088 майже аналогічний 8086, але його зовнішня шина даних має 8 біт.

Фірма INTEL лідирує на ринку 26-бітних МП, МП 8086/8088 домінують в конторських комп'ютерах, вони застосовувалися, наприклад, в перших моделях IBM BC (8088), ACT SIRIUS (8088), DEC RAINBOW (8088), APRICOT (8086). У подальших моделях IBM PC (та і в багато чисельних "колонах") використовуються більш потужні МП 80186, 80286, 80386. Основні переваги 16-бітових МП фірми INTEL та інших фірм в порівнянні з 8-бітними полягає в наступному:

а) більш швидке виконання команд;

б) розширена система команд (наприклад, є команди множення і ділення);

в) збільшений об'єм пам'яті (звичайно 1 Мбайт і більше) за порівняй нію з 64 До байтами;

 г) розширений діапазон цілих чисел (від 0 до 64К замість від 0 до 255);

д) більше число режимів адресації, що спрощує програми і по вишает їх ефективність;

е) застосування співпроцесорів, що допомагають ЦП швидше виконувати програми.

 Після добре зарекомендували себе 16-бітових МП на початку 80-х років став неминучим перехід до 32-бітним пристроям, які володіють наступними перевагами:

- Дозволяють обробляти 32-бітові дані з великим діапазоном це лих чисел;

- Володіють більшому діапазоном адресації пам'яті, звичайно 4 Гб; мають більш високу швидкість роботи з частотою синхронізації 16 МГц і вище;

- Характеризуються додатковим набором команд та режимів адресації з забезпечення сумісності вгору з їх попередниками;

- Мають внутрішні засоби управління пам'яттю і внутрішню кеш-па м'яти для команд, у якій зберігаються найбільше часто використовувані команди і дані;

- Забезпечують збільшення продуктивності в 2-3 рази на стан дротяні бенчмарк-програмах.

Фірми виробники 32-бітових МП стверджують, що з обчислювальної потужності ці прилади змагаються з традиційними міні-комп'ютер, наприклад машинами VAX фірми DEK. Хоча це твердження не є безперечним (в частині швидкодії по командах, з урахуванням швидкодії співпроцесора і підтримки складної операційної системи), все ж таки 32-бітові МП широко застосовуються в інженерних робочих станціях, в області розпізнавання мовлення, в роботах, для автоматизації засновницької діяльності та у великих багато призначених для користувача і мультіплексорні системах.

Найбільшого поширення набули МП 80386 фірми INTEL, MC68020 фірми ZILOG і трансп'ютерів Т424 фірми INMOS. Якщо перші три процесори являють собою природну еволюцію своїх 16-бітових попередників і мають звичайну архітектуру, то в трансп'ютерів реалізований абсолютно новий підхід до архітектури машини. По суті, він є RISC-процесором (комп'ютер зі скороченою системою команд) на відміну від CISC-процесора (комп'ютер зі складною системою команд).

Трансп'ютерів спроектований для роботи в мультіплексорні конфігурації, тобто кілька трансп'ютерів паралельно виконують одну програмну завдання. Розробка RISC-процесора є спробою відійти від еволюційного розвитку ЦП з поступовим ускладненням системи команд. Кілька дослідних організацій та університетів спробували розробити ЦП з набагато меншою кількістю команд, що забезпечує зна ве підвищення його продуктивності.

Найважливіші особливості "чистого" RISC-процесора полягають у Однотактний роботі (численні звернення до пам'яті не передбачаються) і апаратному управлінні (виконання команд спирається на швидко діючі схеми, а не на Мікропрограма на відміну від звичайних МП, в яких застосовується повільні управління через табличний Мікропрограма , що визначає операції ЦП у кожній команді). Промисловий випуск 32-бітних RISC-процесорів поки освоїли тільки фірми INMOS (трансп'ютерів) і ACORN (ARM - ACORN Mashine). Не виключено, що в архітектурі майбутніх комп'ютерів буде переважати даний підхід для забезпечення їх більш високої продуктивності.

У 32-бітових процесорах 80386, МС8020 і Z80000 використовуються кеш-пам'ять для команд і керування пам'яттю, про яку необхідно сказати кілька слів. Дуже швидка кеш-пам'ять вбудована в сам ЦП, або поміщається між основною памятью.Большая основна пам'ять завжди реалізується на мікросхемах динамічних ЗУПВ, які хоча й дешевше, але менш швидкодіючі в порівнянні зі статичними ЗУПВ. Якщо найбільш часто адресовані команди і дані зберігати в швидкодіючої кеш-пам'яті на мікросхемах статичних ЗУПВ, то можна прискорити виконання програми.

У більшості програм спостерігається тенденція звернень до одних і тих же адресами пам'яті. У кеш-пам'яті зберігається вміст цих адрес разом із самими адресами. Коли при виконанні програми буде потрібно вміст одного з цих адрес, наприклад зчитується команда програми, кеш-пам'ять справляє дуже швидке порівняння, визначаючи, не відповідає тег (ознака) запитаного ЦП адреси одному з зберігаються в кеш-пам'яті елементів. У разі успіху (попадання) команду можна вважати з кеш-пам'яті, не звертаючись до повільної основної пам'яті. Щоб виправдати застосування Кеш-пам'яті, коефіцієнт влучень повинен бути досить високим (зазвичай понад 80%). Типовий розмір кеш-пам'яті становить 4 Кбайта. Очевидно, чим більше кеш-пам'ять, тим вище коефіцієнт влучень.

Управління пам'яттю, введене в 32-бітові процесори, призначається для максимального розподілу областей пам'яті між різними програмами (та їх даними), а також для забезпечення захисту програм. Цей пристрій може бути вбудовано в ЦП або бути виконано у вигляді окремої мікросхеми, Пристрій керування пам'яттю перетворить формується ЦП логічний адреса пам'яті в фізичну адресу, який і подається в пам'ять. Отже, ОС передає управління від однієї програми до іншої, причому обидві програми поділяють один і той же діапозон логічних адрес, але у фізичній пам'яті вони розташовані окремо. Крім того, УУП забезпечує захист програм або даних, наприклад, допускаючи зчитування і призначаючи рівні привілеїв.

Усі 32-розрядні МП можуть працювати з сопроцессорами, кото серед яких найбільш поширений арифметичний процесор з плаваючою точкою. Всі арифметичні співпроцесори задовольняють стандарту IEEE P754 з 80-бітної розширеною точністю.

МП виробляються за NMOП-або КМОП-технологій і містять від 200 до 300 тис. транзисторів. З-за збільшеного числа зовнішніх з'єднань довелося відмовитися від корпусу типу DIP і перейти до корпуса за чотиристоронніх розташуванням висновків.

 ТЕНДЕНЦІЯ РОЗВИТКУ МП.

Тенденції МП визначаються головним чином відставанням технологій їх проектування від більш високих темпів зростання технології виробництва мікросхем, а також перевищенням попиту на популярні МП над пропозицією на продаж.

Характерним прикладом є розвиток центральних МП з архітектурою 80386-80486. МП 80386 розроблено за 0,3-Мбітной технології (DRAM - 1 М, близько 2 млн. транзисторів). У МП 80486 фактично був скопійований МП 80386, а в що залишилися 700 тис. транзисторів були розміщені співпроцесор 80387 і кеш-пам'ять ємністю 8Кбайт.

В даний час у виробництво впроваджується 4-Мбітная технологія, у 1993-94 рр.. очікується 16-Мбітная технологія, у 2000 р. - 128-Мбітная і т.д. Одночасно з цим істотно знижується вартість виробництва 1 біта і відповідно МП. Наприклад, вартість МП 80486 знизиться більш ніж у 30 разів.

 ТЕНДЕНЦІЇ ЗРОСТАННЯ Продуктивність МП ФІРМИ INTEL.

МП частота, МГц рік випуску число транзисторів MIPS

80386 25 1986 0,3 млн. 16

80386 33 1988 0,3 24

80486 25 1990 1,2 27

80486 33 1991 1,2 30

80486 50 1992 1,2 40

 У листопаді 1990 р. президент фірми INTEL відзначив, що зі збільшенням темпів мікромініатюризація чіпів МП зросте і продуктивність МП. Так, МП 80486 з тактовою частотою 25 Мгц має продуктивність 27 MIPS, а 80486 з тактовою частотою 50 МГц - 40 MIPS.

До 2000 р. фірма припускає забезпечити розробку МП системи, що включає 4 мп з 5 млн. транзисторів у кожного і володіє продуктивністю 2000 MIPS.

Крім того, до складу системи включаються два процесори 80860, дві векторних процесора, кеш-пам'ять ємністю два Мбайта і вдосконалений інтерфейс для розпізнавання образів і голосового вводу-виводу

інф. Система поки що отримала умовну назву MICRO-2000, буде розміщуватися на чіпі площею в 1 кв. дюйм і повинна працювати на частоті 25 МГц.

Розвиток можливостей технології породжує безліч проблем, пов'язаних з удосконаленням МП (час розробки, надійність, пошук оптимальних рішень і т.д.).

МІКРОСХЕМИ НА БАЗІ 80286. Для створення компактних і дешевих АТ-сумісних ПЕОМ з малим споживанням енергії фірма AMD розробила мікросхему, що містить МП AMD286 і всі базові компоненти, тербуемие для побудови комп'ютера. Мікросхема має 2 варіанти виконання: Am286 і Am286LX, що відрізняються низьким споживанням енергії.

Мікропроцесорний набір містить крім AM286 мікросхеми пам'яті DRAM, контролери клавіатури і системної шини.

Мікросхема Am286ZX розроблена для використання в настільних ПЕОМ, а Am286LX - в портативних. Побудовані на основі МП типу 80С286 схеми можуть працювати з частотою 12,5 і 16 МГц, безпосередньо управляти мікросхемами DRAM, співпроцесором 80С286, BIOS, контролером клавіатури і двома роз'ємами AT-bus. Останнє особливо важливо для використання в портативних ПЕОМ типу LAPTOP і notebook, нетреба великої кількості роз'ємів системної шини.

Найбільш широко застосовуються мікросхеми в портативних ПЕОМ типу notebook, де низьке споживання енергії і компактність є критичними параметрами. Ці мікросхеми - основа перспективних портативних IBM PC AT-сумісних ПЕОМ.

МП ТИПУ 386 ФІРМИ AMD. Фірмою AMD створено кілька типів МП, апаратно і програмно сумісних з МП фірми INTEL:

INTEL 80386DX 80386SX 80386SL

AMD AM386DX AM386SX AM386DXL

МП серії АМ386DX (з частотами 20, 25, 33 МГц) розроблено на основі транзисторів розміром 0,8 мкм (на відміну від 1 мкм в 80386DX) і споживають енергії на 69% менше, ніж у 80386DX.

У МП AM386DXL забезпечується дуже низький рівень споживання енергії завдяки введенню режиму очікування, в якому МП споживає не більше 1 mA.

За оцінками фахівців фірми AMD, в МП забезпечується менший розкид характеристик, ніж в 80386.

Тестування МП AM386DX (лабораторією журналу "Byte") показало його ідентичність МП 80386.

Вартість АМ386 відповідає вартості 80386.

МІКРОСХЕМИ НА БАЗІ 80386. Фірма INTEL розробила МП набір із збільшеною ступенем інтеграції на базі МП 80386SX, що складається з двох НВІС і що містить всі базові компоненти, необхідні для побудови портативних 80386SX-сумісних ПЕОМ типу notebook.

НВІС процесорного пристрою 80386SL містить МП 80386SX з вуст ройствамі управління пам'яттю і кеш-пам'яттю, підтримки розширеної пам'яті EEMS-LIM 4.0, схеми сполучення з арифметичним співпроцесором 80387SX, управління системною шиною типу AT-bus (ISA-bus), буферами шини, об?? спечівающімі вихід на 8 роз'ємів розширення ISA-bus, схеми управління системного енергоспоживання.

НВІС підсистеми вводу-виводу 82360SL містить більшість із стандартних компонентів підсистеми вводу-виводу комп'ютера: паралельний і послідовний порти вводу-виводу, керування прямим доступом в пам'ять (два контролера 8237) і регенерацією пам'яті, годинник реального часу, схеми вибірки мікросхем, лічильники/таймери (два типи 8254), управління переривань (два контролера 8258А) і інтерфейс магістральних дисків.

МП 486SX. Для створення більш дешевих і більш продуктивних, ніж 80386SX, МП фірми INTEL розробила МП 80486SX (званий також "полегшеним" 486), який не містить вбудованого в чіп арифметичного співпроцесора з плаваючою точкою. Перший варіант МП працює на частоті 20 МГц, друга - 25 МГц.

МП 80486SX побудований на основі вдосконалення архітектури МП 80386DX у напрямку архітектури 80486. За оцінками фахівців, продуктивність МП 80486SX (20 МГц) відповідає продуктивності МП 80386DX (33 МГц), а 80486SX (25 МГц) - МП 80386Dx (40 МГц).

МП 80486SX має більш досконалу архітектуру в порівнянні з 80386DX, істотно спрощує проектування комп'ютера завдяки працюють всередині чіпа пристроїв ЦП, кеш-пам'яті і контролера системної шини, а також меншою тактовою частотою, що забезпечує використання більш простих мікросхем і менше навантаження локальної шини, ніж при використанні МП 80386.

Найбільш широке застосування МП 80486SX знайдуть у дешевих персональних ПЕОМ, що розробляються проектувальниками ПЕОМ на базі МП 80386.

Відсутність зовнішнього арифметичного співпроцесора з плаваючою точкою є критичним параметром для проектувальників системних плат, які передбачають можливість заміни МП 80486SX на 880486.

При забезпеченні сумісності за висновками істотно спроститься проектування DEM-систем, так як не буде необхідності орієнтуватися на системні плати з двома типами системних шин AT-bus і EISA-bus, розрахованих на використання 80386 та 80486 відповідно.

Список використаних джерел.

1. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональні ЕОМ і мікроЕОМ. Основи організації. - М.: Радіо і зв'язок, 1991.

 2. Фігурне В.Е. IBM PC для користувача. Изд. 4-е, перераб.и доп. - М.: Фінанси і статистика, НПО "Інформатика та комп'ютери", 1994.

 3. Голланд Р. Мікропроцесори та операційні системи: Короткий довідковий посібник: Пер. з англ. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

 4. Пятібратов А.П. Обчислювальні машини, системи та мережі. - М.: Фінанси і статистика, 1991.

5. Мячев А.А. Персональні ЕОМ: Короткий енциклопедичний довідник. - М.: Фінанси і статистика, 1992.