1.3 Призначення, різновидності і області "застосування електронних процесорів"
Мікропроцесор -це, по суті, мініатюрна обчислювальна машина, розміщена в одній НВІС.
На одному пристрої надчистого кремнію за допомогою складного, багатоступеневого і високоточного технологічного процесу створено кілька мільйонів транзисторів та інших схемних елементів, з'єднувальні проводи і точки підключення зовнішніх виводів. У сукупності вони утворюють усі логічні блоки, тобто арифметичний пристрій, КП, регістри і т.д. Світовою промисловістю випускаються різноманітні типи центральних МП. Є деякі МП компанії Intel -лідера у цій галузі.
Основними параметрами МП с: набір команд, розрядність, тактова частота.
Набір або система команд постійно вдосконалюється, з'являються нові команди, що замінюють серії найпримітивніших команд, мікропрограми. На виконання нової команди потрібна менша кількість тактів, ніж на мікропрограму. Сучасні МП можуть виконувати до кількох сотень команд (інструкцій).
Розрядність показує, скільки війкових розрядів (бітів) інформації обробляється (або передається) за один такт, а також скільки війкових розрядів може бути використано у МП для адресації оперативної пам'яті, передачі даних та ін.
Кількість пам'яті, що адресується, або адресний простір, залежить від числа ліній шини адреси МП. Якщо цих ліній 20, то адресний простір становитиме 22и = 1Мбайт; якщо ліній 24, то -224=16Мбайт, і т.д.
Тактова частота вказує, скільки елементарних операцій (тактів) МП виконує за секунду, вимірюється в мегагерцах (1МГц = 1000000 Гц). Вона є лише відносним показником продуктивності МП. Через архітектурні відмінності МП у деяких з них за один такт виконується робота, на яку інші витрачають кілька тактів.
Важливими характеристиками сучасних МИ, що виливають на їхню продуктивність, є ємність і швидкість функціонування вмонтованої кеш -пам'яті. Річ у тім, що сучасні МП „обганяють" за тактовою частотою інші елементи компютера. Найпринциповіше, що тактова частота МП в кілька разів вища, ніж частота синхронізації системної шини, по якій відбувається обмін інформацією з відносно повільним ОЗП. Без внутрішньої кеш -пам'яті (що має особливо високу швидкодію), МП часто працював би вхолосту, чекаючи чергової інструкції з ОЗП або закінчення операції запису у пам'ять. Кеш -пам'ять першого рівня (ПІ), як правило, реалізовано в самому кристалі МИ, а кеш -пам'ять другого рівня (П2), більш повільна і більшої ємності, може знаходитися на системній платі або взагалі бути відсутньою (як у перших процесорах Celeron). Типова для сучасних МП ємність кеш -пам'яті ПІ становить 32 Кбайт (по 16 Кбайт відводиться для кешування команд і даних відповідно), кеш -пам'яті П2 -від 256 або 512 Кбайт для звичайних ПК до 2-3 Мбайт для потужних серверів.
Починаючи з класу 486, МИ можуть працювати з множенням внутрішньої частоти. Так, відносно швидкі схеми ядра МП працюють з частотою, що в 2-Ю разів перевищує частоту інтерфейс них схем і системної шини. Деякі МП мають коефіцієнт множення 1,5; 2,5 і т.д.
Починаючи з моделі Pentium ММХ, МП виготовлять за МХХ технологією. Вони мають додаткові регістри, виконують кілька десятків додаткових команд й оптимізовані для роботи з мультимедійними програмами.
Зовні МП виглядає як прямокутна пластмасова або керамічна пластина розміром 5x5x0,3 см з численними виводами (до 200-300 і більше). На сучасні МП встановлюється радіатор зі сплаву з високою теплопровідністю та вентилятор (розмірами із сірникову коробочку) для охолодження.
На сучасних системних платах передбачають можливість заміни МП з метою нарощування продуктивності системи або ремонту. МП легко встановлюються (навіть користувачем) у спеціальне прямокутне рознімне з'єднання -сокет.
Деякі сучасні МП (Pentium II, деякі моделі Celeron) є невеликою платою, на якій знаходяться головний кристал, мікросхеми кеш -пам'яті та ін. Плата поміщається в пластиковий картридж, забезпечений вентилятором. Такий МИ призначений для встановлення в щілинне рознімне з'єднання -слот на системній платі.
Кількісні характеристики МИ (тактова частота, ємність кеш пам'яті), безумовно, сильно впливають на продуктивність МП на їх основі. Проте потрібно також звернути увагу на якісні відмінності МП різних поколінь:
- починаючи з класу МІ І 3 86, використовується конвеєрне виконання команд-одночасне здійснення різних тактів послідовних команд у різних частинах МП, що збільшує ефективну швидкодію ПК в 2-3 рази;
- починаючи з класу МП 286, передбачається можливість роботи в обчислювальній мережі;
- починаючи з МП 286 передбачено багатозадачну роботу (багатопрограмність) і супутній їй захист памяті;
- починаючи з класу МП 386 забезпечується підтримка режиму системи віртуальних машин, тобто такого режиму багатозадачної роботи, за якого в одному МП моделюється ніби кілька комп'ютерів, що працюють паралельно і мають різні ОС;
- починаючи з класу 286 МП можуть працювати в двох режимах: реальному (Real mode), та захищеному (Protected mode). В реальному режимі імітується (емулюється) однозначна робота МП 8086. У захищеному режимі можлива багатозадачна робота з безпосереднім доступом до розширеної пам'яті та із захистом пам'яті, відведеної для задач, від сторонніх звернень.
На сьогодні МП першого -четвертого поколінь застаріли для використання у ПК, п'яте покоління вже зазнало „морального" старіння. Цікавими с моделі МП Pentium II (III), Celeron, Pentium III, Xeon (остання модель МП призначена для застосування в серверах), а також новітня модель Pentium IV.
Крім фірми Intel, велику частку ринку МП для ПК займають фірми AMD (моделі KG-II, KG-HI, Athol, Duron), IBM (M2, МЗ) та деякі інші.