Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Однопроцессорная архитектура фон Не мана имеет предел скорости обработки информационного массива. Этот предел, в части сти, определяется скоростью распространения электрического сигнала по физичес вским линиям связи между отдельными узлами вычислительного устройства. льно Важной является задача разработки такой архитектуры, которая позволяла оы предела Распараллелить процесс обработки информационного массива. 443 11. Микропроцессоры и компьютеры Рис. 11.2. Архитектура микро-ЭВМ (штриховкой выделен микропроцессор) Разработан новый тип микропроцессора — пгрансльютер, позволяющий осуществлять обработку больших информационных массивов. Транспьютер содержит процессор с архитектурой л1КС, иьгеюгний быстродействие более 1О опер( с, а также аппаратные средства, обеспечивающие параллельные вычисления.
На кристалле транспыотера размещается памят~, а также подключение внешнего ЗУ. Транспьютер содержит четыре высокоскоростных канала связи, которые служат для обмена сообщениями с другими транспыотерами, благодаря четырем линиям связи транспьютеры можно соединять между собой в различные транспьютерные сети. Для транспьютерных сетей разработана специальная, так называелтая ггоггзигогг(шг программа. Она загружается от управляющей ЭВ(т( в первый транспьютер сети (рис.
11.3). Г!о мере продвижения по сети програмлта может обрабатывать данные, возвращаемые пользующей программой и интерпретировать их на экране дисплея. Программа обработки данных позволяет процессору А анализировать линии связи и загружать другие процессоры, наприлтер процессор В. Когда процессор В завершит аншгиз своих связей, он найдет процессор С и зарегистрирует его. Рис.
11.3. последовательность загрузки ползающей программы (в) и одна из моделей реализации транспьютерной сети (б) Часть 1!. Микрозлектрони~ Все процессоры анализируют свои связи н распараллеливают поток данных для обраоо. ки другими процессорами. Иабор аппаратных средств транспьютеров позволяет создавать микропроцессорнь, гтранспьютерные сети со сложными межсоединениями), На рис. 11.3, б приведена прямоугольная матрица транспортной сети.
Олнако люжно вкл!слить каналы связи и по другой схеме. Чтобы каждый транспыотер мог эффективно использоваться. необходимо создать таки конфигурации сети, которые соответствовали бы поставленной задаче обработки данных По вычислительной мощности компьютеры условно делятся на персональные и супер. компьютеры. Дерсонгмьные ко,члыотеры ориентированы как на широкое применение, так и на реще. ние специальных задач, например, в бортовых системах.
Суперкозшыотер — вычислительное устройство общего назначения, выполняющее большие вычислительные задачи с числом операций порядка триллиона. Производительность или вычислительная мощность суперкомпьютеров измеряется в сле- ду!оших единицах: О мегафлоп (МР!орз) — миллион операций в секунду; Е) гигафлоп (СГ1орз) — миллиард операций в секунду; С) терафлоп (!'Йорк) — триллион операций в секунду. Суперкомпьютеры являются стратегическим товаром и редко пересекают границы госу- дарств-производителей. Принято считать, что эру суперкомпьютеров открыла матричная система ПЗЛАС 1Ч, соз- данная )чАБА в Иллинойском университете (С1з!А).
Производительность этой машины составила 20 МР!орз. Последовавшие затем многочисленные попытки совершенствовать матричную структУРУ показали ограниченность области применения таких матричных супер-ЗВМ. В 1972 году после раскола компании Сои!го) Вазе се ведущий сотрудник Саймур Край организовал собственную фирму Сгау кезеагсЬ. Она захватила две трети рынка средств вычислительной техники сверхвысокой производительности. В 1974 году увидел свет первый суперкомпьютер Сйд т'-1 В основе его лежало три принципа: векторно- конвейерная архитектура, блестящая инженерная разработка архитектуры и оптимизиро- ванные программные средства.
Затем появились СВАУ-2,СВАУ-З, СКА т'-4 и СВАУ-У- МРС90. Еще позднее появились супер-ЗВМ японского производства, которые уступал" по производительности, но были дешевле. ПРоизошла "микропроцессорная революция", сущность которой заключалась в объединв нии сотен и более стандартных микропроцессоров в вычислительную систему сверхвысо кой производительности. Так в системе ТЗЕ фирмы Сгау йезеагс)з используется 2048 микропроцессоров, а пико~ " производительность такой супер-ЗВМ достигает 2,5 ТР!орз Созлание и использован ание суперкомпьютеров является одной из стратегических задач государства, позволяюш шая так и ему обеспечить независимость как при провелении фундаментальных исследований, та" при создании высокотехнологической продукции.
Очевидно, цо дяя создания отечесзвенных суперкомпьютеров и сокрашения отставя ания нашей страны в этой области необходима государственная программа. В 2001 году в Рос юв сии был введен в строй суперкомпьютер МВС-! ООМ с пиковой производительностью 11. Микропроцессоры и компьютеры 1 ТГ)орз 110 операций с плаваюгцей запятой). Машина была реализована на сотнях микропроцессоров А)р)га 21164 фирмы башзцай. Эти примеры и фрагменты истории создания суперкомпьютеров свидетельствуют об огромном интересе к микропроцессорам — одному из главных продуктов микроэлектроники. Задачи и упражнения )11Л3 Найдите в справочниках структурнуго схему микропроцессора МП КР580ВМ80 (рис. 1! .4). Объясните назначение основных узлов; АЛУ, аккумулятора, РОН, РК, РП, РА, СК, указателя стека.
Решение Центральный процессорный элемент КР580ВМ80 (сокращенно КР580) представляет собой однокристальный восьмиразрядный МП с фиксированной системой команд, в котором совмещены операционное, управляющее устрпйство и сяерхоператияиая память 11, 2, 5, 8). Шина данных — 8-разрядная двунаправленная, адресная шина — 16-разрядная однонаправленная, обеспечивает возможность обращения к памяти, содержагцей 64 К ячеек. Сигналы, необходимые для управления МПС, снимаются частично с управляющих выхо- дов МП, частично — с шины данных.
МП допускает использование 256 портов ввода и 256 портов вывода. Сг. Сс Внутренняя шина данных 5 8 БуФерный регистр Аккумулнтор д Регистр при- знаков РП Регистр команд РК и Дешифратор команд Указатель стека уС Счетчик команд СК Внутренние управ- ляющие сигналы Регистр адреса РЯ Инкрементор) декрементор Устроистао управления 16 Внешние управляющие сигналы А!з' 'Дс Рис. 11.4. Структурная схема МП КР580ВМ80 Основные характеристики МП: ~3 число команд — 78; максимальная тактовая частота — 2 Мрц; Регис~ры общего назначения 1РОНьг) Часть!I )Иикрозлектроника 446 03 время выполнения команд — 2 — 9мкс; 03 напряжения питания ††!.
5, — 5, + 12 В; 13 число вводов -- 40. Система команд МП приведеиа в приложении 1см. литературную ссылку 41. Контрольные вопросы 1 Что такое микропроцессор и как ои струкгурио сформирован? 2. Нарисуйзе структуру МН. 3 Нарисуйте структ) ру микро-ЭВМ. 4 Что такое уииверсальцый микропроцессор? 5, Что такое специальный микропроцсссор? 6.
Что заков микропроцессорный комплект? Приведите пример. 7, Что такое микроконтроллер' 'а. т!то такое микро-'.)ВМ? 9. Что такое траиспьютср? 10. Что такое супер-ЗВМ? Рекомендуемая литература 1. Алексенко А. Г. <)аловы микросхемотехники. — 3-е изд. — Мс !ОНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002. 2. 1ольдеиберг Л. М., Ммюв В. А., Малько Г. Гь Цифровые устройства и микропроцессорные систеь~ьь Задачи и упражнения: Учебное пособие для вузов.
— Мс Радио и связь, 1992. 3. Вычислительная и микропроцессориая техника: Учебпик для вузов. Под род. ). В. Еврспиова.— Мс Радио и связь, 199! . 4. Калабеков Гь А. Микропроцессоры и их примеиеппе а системах перелачи и обработки ситиалов: Учебное пособие для вузов. — Мс Радио и связь, 1938. 12. Аналоговые интегральные схемы 12.1. Классификация аналоговых схем ,1лалоговые инллегразьные стеллы предназначены для преобразования сигналов, заданных в виде непрерывной функции.
Иомеиклатура аналоговых ИС включает различные генераторы сигналов, усилители, де- текторы, задержки сигналов, модуляторы и т.д. Более подробная классификация приве- дена на рис, 6.3, В аппаратуре широко используются стандартные ИС указанных классов. В основе их конструкций лежат различные схематические решения, заимствованные из радиотехники дискретных элементов. Технология аналоговых микросхем как самостоятельное направление микроэлектроники развивалось с определенным отставанием от технологии цифровых ИС.
Среди причин такого отставания явился более ограниченный набор элементов полупроводниковых мик- росхем. В частности, в микроэлектронике не используются индуктивные элементы. Однако особенности технологии микроэлектроники, позволяюгцей получать групповым способом на одной подложке совокупность элементов с взаимосогласованными характе- ристиками, позволяли создать широкую номенклатуру аналоговых ИС. Бьши разработаны типовые структуры, подобные интегральным логическим элементам в цифровых ИС, по- зволявшие унифицировать аналоговую микросхемотехнику. Рассмотрим неко~орые классы аналоговых схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
