Министерство  Образования и Науки Российской Федерации

Федеральное Агентство по Образованию 

Санкт-Петербургский  Государственный Университет Сервиса  и Экономики 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по  дисциплине «Информатика» 

«История развития микропроцессора» 
 

                                                                                      Выполнил:

                                                                                      Студент 1 курса

                                                                                      заочной формы обучения

                                                                                      Романенко К.А. 
 

Научный руководитель: 

Дата представления  работы

«      »____________ 2010 г. 
 
 

Санкт-Петербург

2010 

Содержание

Введение ………………………………………………………………………..3

1.  Теоретическая часть ………………………………………………………4

1.1. Определение  микропроцессора…………………………………………4

1.2. Классификация микропроцессоров………………………………….....5

1.3. Функции и  строение микропроцессора………………………………...8

    1.4. Основные характеристики микропроцессоров ПК……………………14

2. История развития  микропроцессора…………………………………….17

    2.1. Этапы  технологии производства………………………………………17

    2.2.Современная технология изготовления………………………………..19

3. Российские микропроцессоры……………………………………………25

4. Микропроцессоры будущего……………………………………………...29 

Заключение……………………………………………………………………35

Список используемой литературы……………………………………………37 
 
 
 
 
 
 

Введение.

     Компьютерная  техника лежит в основе современного прогресса. Она обеспечивает работу современных станков, контроль технологических  процессов на производстве, связь  на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса.

     Важнейший компонент любого персонального  компьютера - это микропроцессор, который  управляет работой компьютера и  выполняет большую часть обработки  информации.

     И в зависимости от того, как будет  в будущем меняться мощность этой маленькой детали, будет зависеть производительность всей компьютерной техники в целом. Полученные в  ходе написания работы знания могут  пригодиться и в обыденной  жизни, например при приобретении персонального  компьютера.

     Цель  данной работы – рассмотреть классификацию, структуру, основные характеристики и историю развития микропроцессоров ПК.

     Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

     - раскрыть основные понятия темы;

     - дать общую схему классификации  микропроцессоров;

     - рассмотреть структуру и основные  характеристики микропроцессоров  ПК;

     - рассмотреть историю развития микропроцессоров и усовершенствования основных характеристик. 
 

1. Теоретическая часть.

1.1. Определение микропроцессора.

 Вернемся к истории. Так случилось, что отдельные транзисторы и интегральные схемы были вытеснены с рынка новым устройством — микропроцессором. Это и было началом новой компьютерной эры, которая длится вот уже без малого четыре десятилетия. Отсчет нового летоисчисления компьютерной эры ведут с

1971 г., когда командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тэдом Хоффом был создан первый микропроцессор Intel 4004.

     Первый  чип Intel 4004 работал на частоте 750 кГц, содержал 2300 транзисторов и стоил около 200$. Производительность его оценивалась в 60 тыс. операций в секунду. На сегодняшний день рекордные показатели принадлежат микропроцессорам Alpha 21264 фирмы DEC и составляют: 600 МГц, 15,2 млн. транзисторов, 2 млрд. операций в секунду. Стоят они около 300$.

     Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое  электронное цифровое устройство, предназначенное  для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

     Основные  функции процессора: выработка синхронизирующих сигналов; формирование исполнительных адресов для обращения к оперативной памяти; организация обмена информацией между оперативной памятью и внешними устройствами; организация многопрограммной работы.

     Поразительно  — но за эти годы старому доброму  процессору так и не нашлось достойного преемника! Хотя сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз, а любой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон» к Луне, процессор остается процессором.

1.2. Классификация микропроцессоров.

     В современном мире трудно найти область  техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются при обработке  звука и изображения. В зависимости  от области применения микропроцессора  меняются требования к нему.

     По  числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте  различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

     Однокристальные микропроцессоры получаются при  реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса.

     Многокристальные  секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС  реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями.

     По  системе команд микропроцессоры отличаются огромным разнообразием, зависящим от фирмы-производителя. Тем не менее можно определить две крайние политики построения микропроцессоров:

• Аккумуляторные микропроцессоры
• Микропроцессоры с регистрами общего назначения

     В микропроцессорах с регистрами общего назначения математические операции могут  выполняться над любой ячейкой  памяти. В зависимости от типа операции команда может быть одноадресной, двухадресной или трёхадресной.

     Принципиальным  отличием аккумуляторных процессоров  является то, что математические операции могут производиться только над  одной особой ячейкой памяти - аккумулятором. Для того, чтобы произвести операцию над произвольной ячейкой памяти её содержимое необходимо скопировать в аккумулятор, произвести требуемую операцию, а затем скопировать полученный результат в произвольную ячейку памяти.

     В настоящее время в чистом виде не существует ни та ни другая система команд. Все выпускаемые в настоящее время процессоры обладают системой команд с признаками как аккумуляторных процессоров, так и микропроцессоров с регистрами общего назначения.

     По  назначению различают универсальные  и специализированные микропроцессоры.

     Универсальные микропроцессоры могут быть применены  для решения широкого круга разнообразных  задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики  решаемых задач.

     Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных  последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет.

     По  виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры - цифровые устройства, однако могут  иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных.

     По  характеру временной организации  работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные.

     Синхронные  микропроцессоры - микропроцессоры, в  которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых  команд и величин операндов).

     Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции.

     По  организации структуры микропроцессорных  систем различают микроЭВМ одно- и многомагистральные.

     В одномагистральных микроЭВМ все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

     В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям.

     Поколения процессоров отличаются друг от друга скоростью работы, архитектурой, исполнением и внешним видом... словом, буквально всем. Причем отличаются не только количественно, но и качественно. Так, при переходе от Pentium к Pentium II и затем — к Pentium III была значительно расширена система команд (инструкций) процессора.

     Если  брать за точку отсчета изделия  «королевы» процессорного рынка, корпорации 1п1е1, то за всю 27-летнюю историю процессоров  этой фирмы сменилось восемь их поколений: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4.

     В пределах одного поколения все ясно: чем больше тактовая частота, тем  быстрее процессор. А как же быть, если на рынке имеются два процессора разных поколений, но с одинаковой тактовой частотой? Например, Pentium III  и Pentium 4... Конечно, второй процессор поколения будет работать быстрее — на 10—15 %, в зависимости от задачи. Связано это с тем, что в новых процессорах часто бывают встроены новые системы команд-инструкций, оптимизирующих обработку некоторых видов информации.

1.3. Функции и строение  микропроцессора.

 
 

Функции процессора:

• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
• программное управление работой устройств компьютера.

 Модели процессоров  включают следующие совместно  работающие устройства:

• Устройство управления (УУ). Осуществляет координацию работы всех остальных устройств, выполняет функции управления устройствами, управляет вычислениями в компьютере.
• Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Так называется устройство для целочисленных операций. Арифметические операции, такие как сложение, умножение и деление, а также логические операции (OR, AND, ASL, ROL и др.) обрабатываются при помощи АЛУ. Эти операции составляют подавляющее большинство программного кода в большинстве программ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отведенных ячейках АЛУ.  В процессоре может быть несколько АЛУ. Каждое способно исполнять арифметические или логические операции независимо от других, что позволяет выполнять несколько операций одновременно. Арифметико-логическое устройство  выполняет арифметические и логические действия. Логические операции делятся на две простые операции: "Да" и "Нет" ("1" и "0"). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.
• AGU (Address Generation Unit) - устройство генерации адресов. Это устройство не менее важное, чем АЛУ, т.к. оно отвечает за корректную адресацию при загрузке или сохранении данных. Абсолютная адресация в программах используется только в редких исключениях. Как только берутся массивы данных, в программном коде используется косвенная адресация, заставляющая работать AGU.
• Математический сопроцессор (FPU). Процессор может содержать несколько математических сопроцессоров. Каждый из них способен выполнять, по меньшей мере, одну операцию с плавающей точкой независимо от того, что делают другие АЛУ. Метод конвейерной обработки данных позволяет одному математическому сопроцессору выполнять несколько операций одновременно. Сопроцессор поддерживает высокоточные вычисления как целочисленные, так и с плавающей точкой и, кроме того, содержит набор полезных констант, ускоряющих вычисления. Сопроцессор работает параллельно с центральным процессором, обеспечивая, таким образом, высокую производительность. Система выполняет команды сопроцессора в том порядке, в котором они появляются в потоке. Математический сопроцессор персонального компьютера IBM  PC позволяет ему выполнять скоростные арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические функции с высокой точностью.
• Дешифратор инструкций (команд). Анализирует инструкции в целях выделения операндов и адресов, по которым размещаются результаты. Затем следует сообщение другому независимому устройству о том, что необходимо сделать для выполнения инструкции. Дешифратор допускает выполнение нескольких инструкций одновременно для загрузки всех исполняющих устройств.
• Кэш-память. Особая высокоскоростная память процессора. Кэш используется в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью, а также для хранения копий инструкций и данных, которые недавно использовались процессором. Значения из кэш-памяти извлекаются напрямую, без обращения к основной памяти. При изучении особенностей работы программ было обнаружено, что они обращаются к тем или иным областям памяти с различной частотой, а именно: ячейки памяти, к которым программа обращалась недавно, скорее всего, будут использованы вновь. Предположим, что микропроцессор способен хранить копии этих инструкций в своей локальной памяти. В этом случае процессор сможет каждый раз использовать копию этих инструкций на протяжении всего цикла. Доступ к памяти понадобиться в самом начале. Для хранения этих инструкций необходим совсем небольшой объём памяти. Если инструкции в процессор поступают достаточно быстро, то микропроцессор не будет тратить время на ожидание. Таким образом экономиться время на выполнение инструкций. Но для самых быстродействующих микропроцессоров этого недостаточно. Решение данной проблемы заключается в улучшении организации памяти. Память внутри микропроцессора может работать со скоростью самого процессора.