Курсовая «Архитектура процессоров: эволюция, перспективы развития» по Техническим средствам информатизации (Курочкин М. В.)

Кирилл Николоев чт, 14.03.2019 07:12

Центральный процессор — это мозг компьютера. Его задача — выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Он вызывает команды из памяти, определяет их тип, а затем выполняет их одну за другой. Компоненты соединены шиной, представляющей собой набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса, данные и сигналы управления.

Шины разделяются на внешние (обеспечиваю связь процессора и памяти, а также устройства ввода-вывода) и внутренние (предназначены для передачи адреса ячейки или порта ввода-вывода). Процессор состоит из нескольких блоков. Блок управления отвечает за вызов команд из памяти и определение их типа. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические операции (вычитание) и логические операции (логическое И). Центральный процессор содержит память для хранения промежуточных вычислений, а также команд управления. Оперативная память (ОЗУ) состоит из регистров, каждый регистр выполняет определенную свою функцию. Все регистры одного размера (8 или 16). Регистр содержит представление числа, которое ограничивается размерностью регистра.

Значение регистра считывается и записывается мгновенно, потому что регистры размещены в центральном процессоре. Главный регистр — счетчик команд, он указывает команду, которую нужно выполнять следующей. Обозначение «счетчик команд» не совсем соответствует представлению, потому что счетчик не считает команды, но термин является универсальным. Также имеется регистр команд, в нем выполняется команда в данный момент. У всех компьютеров имеются также и многие другие регистры, некоторые универсальные, остальные выполняют только спецзадачи.

Актуальность темы курсовой работы объясняется широким применением процессорной техники и информационных технологий во всех сферах - начиная от медицины и социальной сферы заканчивая производством и наукоемкой сферой. С появлением процессора началось бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий, хотя и до появления процессора имелись технологии для обмена информации, выполненные на элементах аналоговой электроники.

Цель курсовой работы состоит в исследовании архитектуры процессоров – начиная от истоков создания заканчивая обзором современной линейки процессоров от компаний Intel и AMD. Задачи курсовой работы: 1. Исследования состава и назначения основных узлов процессора.

2. Исследование команд процессора, описание конвейерной структуры процессора, исследование архитектуры процессора Intel-8086. 3. Рассмотреть линейку современных процессоров. 1. Технологии и развитие первых процессоров

1.1 Выполнение команд Рис.1. Схема устройства компьютера с центральным процессором и устройствами ввода-вывода. Внутреннее устройство тракта данных процессора фон Неймана показано на рис. 1. Структура тракта данных выполнена из набора регистров (1-32), арифметико-логического устройства и шин коммутации. Значение регистров поступает в АЛУ, которые на рис.1 обозначены буквами А и В. В этих регистрах находятся входные данные АЛУ во время вычислений. Тракт данных — основная часть всех компьютеров, и мы обсудим его очень подробно. АЛУ выполняет сложение, вычитание и другие простые операции над входными данными и помещает результат в выходной регистр. Этот выходной регистр может помещаться обратно в один из регистров. Он может быть сохранен в памяти, если это необходимо. На рис. 2 показана операция сложения. Отметим, что входные и выходные регистры есть не у всех компьютеров. Большинство команд можно разделить на две группы: команды типа регистр-память и типа регистр-регистр. Команды первого типа вызывают слова из памяти, помещают их в регистры, где они используются в качестве входных данных АЛУ. Словом может быть целое число. Устройство памяти мы обсудим ниже в этой главе. Другие команды этого типа помещают регист-ры обратно в память [2].

Рис. 2. Тракт данных в обычной фон-неймановской машине. Команды второго типа вызывают два операнда из регистров, помещают их во входные регистры АЛУ, выполняют над ними какую-нибудь арифметическую или логическую операцию и переносят результат обратно в один из регистров. Этот процесс называется циклом тракта данных. В какой-то степени он определяет, что может делать машина. Чем быстрее происходит цикл тракта данных, тем быстрее компьютер работает.

Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов: 1) вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд; 2) меняет положение счетчика команд, который теперь должен указывать наследующую команду;

3) определяет тип вызванной команды; 4) если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово; 5) переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора; 6) выполняет команду;

Скачать файлы