Структура мікропроцесора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структура мікропроцесора

Мікропроцесор інтегральна схема, яка виконує функції центрального процесора (ЦП) або спеціалізованого процесора. Сьогодні слово мікропроцесор є практично повним синонімом слова процесор, оскільки функціональний блок, що на ранніх стадіях розвитку обчислювальної техніки займали цілу плату чи навіть шафу, тепер вміщається в одну невеличку інтегральну схему із сотнями мільйонів транзисторів всередині.

Це інтегральна схема складається з мільйонів електронних компонентів. Це центральний процесор (ЦП) персонального комп'ютера, перераховані як мікрокомп'ютер.

Це центральний процесор складається в основному із записів, блок управління, арифметико-логічний пристрій (АЛП), і блок обчислення з плаваючою точкою (математичний співпроцесор).

Мікро швидкість виражається в Гц (Герц) є число операцій можна виконати в секунду. Наприклад, 1 ГГц мікро (Гіга герц) здатний мільярда операцій на секунду.

Етимологія

В англійській мові слово процесор (англ. processor) загалом означає функціональний блок пристрою або системи (не обов'язково в електроніці), який виконує певний процес. В українській мові слова процесор, мікропроцесор закріпилися виключно для позначення електронної мікросхеми, що обробляє дані методом виконання команд із певного набору команд процесора.

Першим хто подав ідею універсального обчислювального процесора був Гофф Тед, який розробив архітектуру першого мікропроцесора. Практичну реалізацію здійснив Фредеріко Фаґґін[1].

Історія

Перша мікросхема успішно запрацювала 12 вересня 1958 року в компанії Texas Instruments. У 2000 році Нобелівську премію з фізики присудили Джеку Кілбі - за винахід інтегральної мікросхеми. Ще одним творцем інтегральної мікросхеми вважається Роберт Нойс, померлий в 1990 році (за правилами, Нобелівська вручається тільки живим вченим). Фізики як такої при створенні мікросхеми було небагато, але Килбі і Нойс "всього лише" придумали технологію, яка зробила переворот в електронній промисловості.

Перші мікропроцесори з'явилися на початку 1970-х і використовувалися в електронних калькуляторах для обробки 4-бітних слів, що являли десяткові цифри в двійковому представленні. Досить скоро з'явилися інші вбудовані реалізації, такі як термінали, принтери, автоматичні прилади тощо, що використовували 4-бітні і 8-бітні мікропроцесори. Поява 8-бітних процесорів з 16-бітною адресацією в середині 1970-х забезпечила достатній простір можливостей для реалізації перших мікропроцесорів загального призначення в мікрокомп'ютерах.

Довгий час процесори складалися з малих і середніх інтегральних схем, що містили в собі еквівалент від кількох до кількасот транзисторів. Інтеграція цілого центрального процесора в один чип значно зменшила вартість процесорної потужності. Послідовне впровадження мікросхем з більшим ступенем інтеграції робило цілі класи комп'ютерів застарілими, мікропроцесори з'явилися в широкому класі пристроїв, від малих вбудованих систем і ручних комп'ютерів до найбільших мейнфреймів і суперкомп'ютерів.

Починаючи з 1970-х збільшення процесорної потужності розвивається за правилами так званого закону Мура, який стверджує, що складність інтегральних мікросхем подвоюється кожні 18 місяців, за ті ж мінімальні гроші. В кінці 1990-х основним стримуючим фактором розвитку стало розсіюване мікропроцесором тепло.

Першим загальнодоступним мікропроцесором був 4-розрядний Intel 4004. Його змінили 8-розрядні Intel 8080 і 16-розрядний 8086, що заклали основи архітектури всіх сучасних настільних процесорів. Але внаслідок поширеності 8-розрядних модулів пам'яті був випущений 8088, клон 8086 з 8-розрядною шиною пам'яті. Потім пройшла його модифікація 80186. У процесорі 80286 з'явився захищений режим з 24-бітовою адресацією, що дозволяв використовувати до 16 МБ пам'яті. Процесор Intel 80386 з'явився в 1985 році і привніс покращений захищений режим, 32-бітову адресацію, що дозволила використовувати до 4 ГБ оперативної пам'яті і підтримку механізму віртуальної пам'яті.

Операція

З логічним, унікальний і функціональний, мікропроцесор в основному складається з декількох записів, блок управління, арифметико-логічний пристрій, залежно від процесора, може містити блок з плаваючою крапкою.

Мікропроцесор виконує зберігання у вигляді двійкових чисел послідовно організованих інструкції до основної пам'яті. Виконання команд може бути виконано в кілька етапів:

Prefetch, інструкція попередня вибірка з основної пам'яті.

Fetch, посилаючи дешифратор команд

Розшифровка інструкцію, тобто, щоб визначити, які інструкція і тому те, що повинно бути зроблено.

Читання операнд (якщо є).

Біг, кидаючи автомати, які виконують обробку.

Написання результати в основній пам'яті або в регістрах.

Кожен з цих етапів виконується на одному або більше циклів процесора, залежно від структури процесора, і, зокрема від ступеня сегментації. Тривалість цих циклів визначається тактовою частотою, і ніколи не може бути менше, ніж час, необхідний для виконання окремого завдання (виконується за один цикл) вище витрат часу. Мікропроцесор з'єднаний з ФАПЧ, зазвичай на основі кристала кварцу, здатного генерувати імпульси з постійною швидкістю, так, щоб генерувати кілька циклів (або імпульсів) у другому контурі. Цей годинник, тепер генерує тис. мегагерц.

Особливості

Пропускна здатність: максимальне число бітів, які можуть бути передані одночасно як внутрішні, так як зовнішні автобусів. Перші мікропроцесори були 8 і 16 біт, але в даний час обробляти дані між 64 і 128 біт.

Адресного простору: Тип процесора обмежує максимальний об'єм оперативної пам'яті і кеша, який можна встановити на ПК

Швидкість або частота (внутрішній і зовнішній) : відноситься як до Швидкість даних процесу всередині мікро (частота внутрішній) щодо швидкості, з якою дані передаються на інший компоненти (зовнішня частота). Ця швидкість имірюється в мегагерц (МГц) або гігагерц (ГГц) і перетворилася з 12 МГц з перших мікроскопії на 3 ГГц з найсучаснішим. Внутрішня швидкість, як правило, значно більше, ніж зовнішній.

Трубопровід: можливість запуску більше однієї інструкції за такт, тобто до завершення інструкції, мікропроцесор здатний почати обробку з одним

Структура мікропроцесора

Класифікація

Мікропроцесори класифікуються на основі декількох факторів. Ці фактори призначені для оцінки швидкості роботи процесора і об'єм інформації, які можуть бути передані. Швидкість рейтинги мікропроцесорні вимірюється в гігагерц або мегагерц, в той час як кількість інформації, яке може бути передано вимірюється в кілобайт або мегабайт.

Швидкість.

Швидкість процесора класифікується відповідно до кількості циклів обробки в секунду він генерує. Ці цикли зазвичай класифікуються в гігагерц і мегагерц. 1 гігагерц дорівнює одному мільярду циклів в секунду обробки, в той час як 1 мегагерц дорівнює 1 мільйона циклів в секунду.

Розмір кеша

Сучасні мікропроцесори містять кешей даних, які призначені для зберігання інформації, в даний час передається і від процесора. Більший кеш дозволяє прискорити доступ до часто використовуваних доступу до даних, який забезпечує кращі швидкість обробки даних. Кеш позначаються як кеш L1, L2 або L3 і взагалі від 64 кілобайт до 1 мегабайта в розмірі.

Швидкість шини

Процесори, також класифікуються відповідно до швидкістю, з якою передача даних між процесором і материнською платою. Ця класифікація відрізняється від швидкості процесора, але і вимірюється в мегагерцах або гігагерц. Зазвичай відомий як ФСБ (зовнішньої шини, для його скорочення на англійській мові) або SB (системної шини, для його скорочення на англійській мові), ця класифікація має сильний вплив на загальній потужності процесора.

Приклади

intel celeron

характеристика:

* Процес 64-розрядна

* 1 Мб кеша

* Передня шина 800 МШЗ

* процесор зі швидкістю до 2,2 ГГц

* економить енергію у відповідності зі стандартами, встановленими

intel core 2 duo

характеристики:

* ядер 2 обробки пам'яті

* кеш 2 Мб до 6 Мб

* повний зовнішня шина. в цьому випадку, в залежності від кількості процесорів, пропускна здатність може бути 533 МГц, 800 МГц до 1066 МГц.

intel core 2 quad

характеристики:

* 4 ядра

* 4 Мб кеша, 6mb і 12 мб

* Передня шина 800 МГц і 1066 МГц

* procesadoir зі швидкістю 2,53 ГГц, 2,60 ГГц, 3,06 ГГц і 2,80 ГГц

intel core i3

характеристики:

* Два процесорних ядер

* Кеш 3mb

* швидкість DDR3 1066 МГц 800mhsz вгору. DDR3 є здатність передавати у вісім разів швидше дані.

* Швидкість процесора 2,13 ГГц і 2,2 ГГц.

intel core i5

характеристики:

* має 4 дороги з підвищення швидкості.

* 8 МБ кеш-пам'яті

* Швидкість DDR3 1333 МШЗ

* Швидкість процесора 2,53 ГГц

intel core i7

характеристики:

* має ядро

* кеш 4 Мб, 6mb і 8 Мб

* Швидкість 800 МГц DDR3, 1066 і 1333 Mghz MGZ

* Швидкість процесора 3,06 ГГц, 2,93 ГГц і 2,66 ГГц на ядро.

intel atom

характеристики:

* має ядро

* 512 Кб кеша пам'яті

* Передня шина 667 МГц

* Швидкодія процесора 1,66 МГц

amd phenom II: X3 Y X4

характеристики:

* формується 3:57 ядер

* кеш 4 Мб і 6 Мб

* Передня шина 1066 МГц

* 32 і 64-розрядний процес.

amd athlon II x2

характеристики:

* має 2 ядра

* кеш 2 Мб

* 32 і 64-розрядний процес.

amd semprom

характеристики:

* 2GB DDR2, з можливістю розширення пам'яті до 4 Гб, ця пам'ять, що дозволяє виконувати декілька завдань одночасно.

* має пам'ять 512 кбайт кеша L2

* Передня шина 1600 МГц

* Швидкість процесора до 2,3 ГГц

Кроки до мікропроцесора обрамлення

Для розвитку мікропроцесора, який повинен бути розроблений відповідно з обережністю, що ніяка частка якийсь не впливають на його виробництво кінець.

Ось ці кроки:

1) Використовує CAD . Щоб створити структуру чіпа і створюють логіку кожного ланцюга. Хоча чіп може зберігати до тридцяти шарів, зазвичай приблизно від 10 до 20 шарів різних матеріалів вилупилися, кожен шар виконує різні цілі. При проектуванні багатошарових схем, кожна з них має колірної ключ для конструктора, щоб відрізнити між ними.

2) Створення шаблону. Комп'ютеризована малюнок дизайнер продукт стає шаблоном або сітка, що складається зі скляної пластини або кварцу з непрозорого матеріалу (наприклад, хрому), утвореного для створення дизайну. Кількість шарів залежить від складності логічного чіпа. У поєднанні вони створюють всі мільйони транзисторів і схем, які складають архітектуру мікро.

3) Створення кремнієвих циліндрів. Розплавлений кремній виливають у круглих формах. Кремній в якості другого найбільш поширеного речовини використовується при виготовленні інтегральних схем. Кремній також називають смарт- піщинки.

4) Так як кремнієві пластини розрізають.

5) Плаття кролики. Утримувати в чистоті навколишнього середовища, працівники носити вузькі Гор -Tex костюми. Щоб отримати ці костюми 100 кроків процедур.

6) Будинок міститься в чистоті. З кожен виробник пір стелю завод тече чисте повітря потім проходить через отвори в підлозі, була система фільтрації. Нормальний номер, що містить 15 мільйонів частинок пилу на кубічний фут, але чисту кімнату, не менше однієї частки на кубічний фут. Все для чистих приміщень повітря замінений сім разів на хвилину.

Частини процесу виготовлення мікро виконувані під жовтим світлом, так як пластини покриті світлочутливого матеріалу, званого фоторезиста перед друком наступний малюнок на поверхні кремнієвої пластини.

7) Пластини з покриттям. Кремнієві пластини після різних типів чіпів містять поміщають в піч кисню при 1250 ° С. У цій печі, кожна пластина покрита інших корисних копалин, щоб створити умови для виробництва транзисторів і перемикачів на поверхневих фізичних властивостей.

8) Так як пластини записуються. На поверхні пластини фоторезист, який створює плівку призначений для прийому зображення знаходиться. У шаблоні пластин і поміщають обидва поміщені в ультрафіолетовому світлі. Таким чином, інсульт ланцюгів передається на пластини. Після фоторезиста розкривається шляхом вимивання непотрібних деталей і залишаючи перешкоди пластини кадр. Плазмової технології (перегрітий газ) використовується для постійно записувати зображення схем на пластині . Це один з методів, що використовуються в процесі запису. Запечений пластини повертає отримати черговий покриття, в якому шар схеми записується. Це повторюється для кожного шару, поки пластина не буде завершена.

9) контроль вафлі. Протягом усього процесу виготовлення пластин управляється на певних етапах виробництва шари вимірюються для визначення їх висоті і хімічну структуру. За допомогою цих вимірів процес вимірювання обчислюється і процедурні зміни передбачені в реальному часі.

10) Пластини штампують. Цей інструмент вимагає тільки другий, щоб розгорнути крихітні отвори 1440 . Ці отвори дозволяють взаємозв'язок шарів схем. Кожен шар повинен бути ідеально вирівняні (входить в десятитисячних доль міліметра з іншого) .

11) травлення пластини видаляються. Результатом процесу нанесення покриття і записи кремнієвої пластини, яка містить інтегральні схеми 100 і 400, кожен з яких складається з мільйонів транзисторів.

12) Пластини встановлені. Кожен пластина встановлена ??у вакуумі на кінострічки об'єктив з металевим каркасом. Пластини металевий каркас, стоячи поряд з стрічкою, то три частини завантажуються в камеру вакуумній камері . Вакуумний змушує його рухатися плавно, померла третина з металевого каркаса.

13) Зрізані вафлі. З товщиною алмазної пилки край волосся пластини розділяється на індивідуальній процесора, відомого як даність. Залишок води знижує температуру поверхні, після різання, пластини промивають водою під високим тиском іноді спеціальні лазери використовуються, щоб вирізати пластини.

14), так як він прилипає . кожен помирає прив'язана до срібної епоксидної речовини центральній частині свинцевої терміналів кадрів. Головка знімається з стрічки ременя за допомогою голки виштовхнути нижче, в той час як верхній вакуумний піднімає зверху. Потім ведучі кадри нагрівають в печі для затвердіння епоксидної смоли. Карта, створювана тесту пластин вказує устаткування розміщення враховуючи те, що рама розміщені на вивідний рамці.

15) Пакет чіпсів. Чіпи инкапсулируются кераміки або металу повідомлення. Інкапсульовані стандартні електричні роз'єми мають прапорці, які дозволяють чіп, щоб бути легко підключений в друкованих платах. Оскільки висновки, як правило, схильні до корозії роз'єми є найбільш вразливою частиною комп'ютерної системи. Для запобігання корозії і бідних прапорці одне з'єднання деяких роз'ємів виконані із золота.

16) Чіп тестується. Кожен чіп тестується оцінити функціональність і подивитися, як швидко може зберігати та видавати інформацію. Швидкість Чіп (час доступу) вимірюється в наносекунд (мільйонних часток секунди, 1 / 1, 000 млн). Вимоги Precision настільки великі, що ви отримаєте, щоб знайти на півдорозі дефектні чіпи. Дефектні чіпи поміщають краплю чорнила.

17) Спалювання. Це печіння тести продуктивності печі, проведених з кожного чіпа, щоб відтворити реальні умови використання. Кожен чіп тестується і, з проханням інформацію, що надходить для того, щоб одержує, зберігає і передає правильні дані .

18) Розвідка. Всі чіпи аналізуються за допомогою оптичних і / або лазерних приладів для виявлення будь-якого кривизну або відсутні або невірні гідів.

19) Створення схемних плат. Використання робота обладнання точно розміщені в різних чіпів і паяних контактів. Готові карти потім нагрівають в печі оплавлення, так що свинець і плавлення припою і приєднання чіп закріплений на друкованій платі.

20) Установка чіпів. Готових плат встановлюються на комп'ютери в тисячах інших пристроїв з комп'ютерним управлінням.

Висновок

Мікропроцесор є схемою integradoque містить деякі або всі з апаратних елементів, а процесора, що є логічним поняттям. CPU може підтримуватися один або більше мікропроцесорів, мікропроцесор і може підтримувати один або кілька процесорів. Ядро зазвичай відноситься до частини процесора, який виконує всю діяльність реального процесора.

Бібліографія

1. http://ito.vspu.net/SAIT/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_osv/www/ENK/Met_pro_nav_IT/web_pos_IT/zmist_IT/Elekt_posibn/ORPK/Konspektu_lekcij/T_2_Sklad_mikroprocecornoi_sustemu.htm

2. http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%96%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D0%BE%D1%80

3. http://www.ehowenespanol.com/clasificacion-microprocesadores-hechos_346092/

4. http://ancedre.blogspot.com/2011/01/tipos-de-microprocesadores.html

5. http://jhonyfhj.blogspot.com/2013/04/tipos-de-microprocesadores-actuales.html

6. http://www.sisman.utm.edu.ec/libros/FACULTAD%20DE%20CIENCIAS%20ZOOT%C3%89CNICAS/CARRERA%20DE%20INGENIER%C3%8DA%20EN%20INFORMATICA%20AGROPECUARIA/05/MICROPROCESADORES%20II/Procesador%20_H3_.pdf

7. http://5fan.ru/wievjob.php?id=22970

Размещено на Allbest.ru