Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Внешнее устройство,которое может с помощью DMA напрямую обратиться к памяти,обладает нужным для этого «интеллектом». Для этого устройствоимеет свой процессор или способно выполнять необходимые логические операции.На рис. 4.10 показано, каким образом процессор и система прямого доступа к памяти связаны с запоминающим устройством. Обесистемы могут посылать и принимать данные из некоторого периферийного устройства. Для доступа к этому устройству процессор348Глава 4. Персональные компьютерыINTRСистема портовввода-выводаРис.
4.10. Прямой доступ к памятииспользует порт 5, а система прямого доступа — шину, обозначенную как «.Данные». Наконец, процессор может вести обмен даннымис системой прямого доступа к памяти через порт А.Рассмотрим в качестве примера процесс считывания несколькихбайтов данных из периферийного устройства и занесения их в память. Процесс начинается, когда процессор посылает одну командув систему прямого доступа к памяти через порт А, а другую — в устройство через порт В. По команде, направленной в устройство, последнее должно переслать несколько байтов данных в систему прямого доступа к памяти.
Согласно команде, посланной в системупрямого доступа, эта система должна принять байты данных из устройства и записать их в память. Во время выполнения описанныхпересылок процессор может продолжать считывание и выполнениекоманд.Может возникнуть вопрос, каким образом система прямого доступа и процессор могут одновременно осуществлять доступ к памяти? На самом деле такой возможности нет. Запоминающее устройство в каждый момент времени обрабатывает только один запрос.Однако система прямого доступа к памяти достаточно «интеллектуальна» и в состоянии задержать запрос процессора, пока сама реализует обращение. Таким образом, процессор и система прямогодоступа к памяти поочередно работают с запоминающим устройством, причем процессор время от времени находится в состоянииожидания, пока освободится память.
С запросами периферийного4.2. Процессоры Intel349устройства на передачу данных затруднений обычно не возникает,так как они поступают существенно реже, чем запросы процессора.Система прямого доступа лишь иногда обращается к памяти, вто время как процессор постоянно требует доступа к запоминающему устройству. Поэтому создается впечатление, что и процессор, исистема прямого доступа работают с памятью одновременно.4.2. Процессоры IntelС развитием микроэлектронной технологии и увеличением степени интеграции элементов размещенный в одной электронной схеме (чипе) «процессор» стал называться «микропроцессором» (МП).По мере развития МП его состав, архитектура и параметры естественно менялись. Стержнем материнской (системной) платы ПК является именно МП, который и называется центральным процессорным устройством — ЦП.
Во время работы он все время находится впостоянном взаимодействии с другими элементами. МП характеризуется следующими основными параметрами:• тактовой частотой (элементы, расположенные на материнскойплате, работают строго в определенные моменты времени, всоответствии с тактовой частотой, чтобы координировать другс другом отдельные шаги работы и синхронизировать весьпроцесс — в общем, обработка информации происходит тембыстрее, чем выше тактовая частота) (рис.
4.11);• степенью интеграции микросхемы (сколько транзисторов содержится в чипе) (рис. 4.12);• внутренней разрядностью данных (количество бит, которыеМП может обрабатывать одновременно);• внешней разрядностью данных (количество одновременно передаваемых бит в процессе обмена данными ЦП с другимиэлементами);• адресуемой памятью (зависит от числа адресных бит).Этапы развития МП, соответствующие достижения, их основные архитектурные и иные характеристики естественно рассмотреть на основе МП фирмы Intel (INTegrated ELectronics), создавшей более 25 лет тому назад первый полупроводниковый прибор,который с фантастической скоростью превратил компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей и оказал большое влияние практически на все сферы человеческой деятельности (табл.
4.1).350Глава 4. Персональные компьютеры100Рис. 4.11. Динамика роста тактовой частоты процессоровIntel с 1978 по 1999 гЧисло транзистс)ров (тыс )Pentium 4Pen Hum III Ц10000PentiumPentiumII^*486DX*Г1000386/286 Ji•r^8086 .x ^ —100108008f§^|гв808019701975100000198019851990199520001Рис. 4.12. Правило Мура (количество транзисторов в интегральной схеме удваивается каждые 18 месяцев)IТаблица 4 I Характеристики процессоров Intel и AMDТип процессораПоколеГодвыпусканиеРазрядность Разрядностьшины данных шины адресаПервичная кэш-память,КбайтКомандыДанныеТактоваяТактовая часчастотатота процесшины, МГцсора, МГцКоличествотранзисторов, млнРазмер минимальной структуры, мкм808811979820Нет4,77-84,77-88086119781620Нет4,77-84,77-80,0293,080286219821624Нет6-206-200,1301,580386DX319853232Нет16-3316-330,271,080386SX319881632816-3316-330,271,080486DX419893232825-5025-50121,0-0,880486SX419893232825-5025-501,10,880486DX2419923232825-4050-8080486DX45199432328825-4075-120Pentium5199364328860-6660-2003 1-330,8-0,35Р-ММХ519976432161666166-2334,50,6-0,35Pentium Pro6199564328866150-200550,35Pentium II619976432161666233-300750,35-0,256432161666/100266-53375-19100400-1700Pentium II CeleronPentium Xeon619986-719980,25018Pentium III6199964321616100450-12009,5-440,25-0,13AMD Athlon1199964326464266500-2200220,25Pentium 41200064321284001 ,4-3,4 ГГц42-1250,18-0,09AMD Athlon 6482003646464644002 ГГц54-1060,13-0,09II552Глава 4.
Персональные компьютерыIntel 4004 (1971 г.)Этот прибор послужил отправной точкой абсолютно новомуклассу полупроводниковых устройств. Чип представлял 4-разрядный процессор с классической архитектурой ЭВМ гарвардскоготипа (название «гарвардская архитектура» связано с компьютером«Марк-1», который имел отдельную память для команд — 1950 г.),насчитывал 2300 транзисторов и работал на тактовой частоте750 кГц (длительность цикла команды 10,8 икс).Чип имел адресный стек, содержащий счетчик команд и три регистра стека типа LIFO (Last In — First Out — «последним поступил — первым выводится», специальная память с ограниченной емкостью с указанной дисциплиной обслуживания); блок регистровобщего назначения — РОН (регистры сверхоперативной памяти илирегистровый файл); 4-разрядное параллельное АЛУ; аккумулятор;регистр команд; дешифратор команд; схему управления; схему связи с периферийными устройствами.
Эти функциональные узлы объединялись 4-разрядной внутренней шиной данных. Блок РОН'овсостоял из шестнадцати 4-разрядных регистров, которые можнобыло использовать и как восемь 8-разрядных регистров. Такая организация РОН сохранилась и в последующих МП фирмы Intel. Система команд содержала 46 универсальных инструкций. Цикл команды МП состоял из 8 тактов задающего генератора (так как чип монтировался в корпусе с 16 выводами и имел узкий интерфейс с«внешним миром», то приходилось применять мультиплексирование шины адреса и данных, причем 12-разрядный адрес выдавалсяпорциями по 4 разряда, а прием команды требовал еще двух тактов,на выполнение самой инструкции затрачивалось всего три такта).Адресуемая память команд достигала 4 Кбайт (для сравнения: объемпамяти мини-ЭВМ в начале 70-х гг. редко превышал 16 Кбайт).Недостатки были в скором времени устранены в МП 4040, гдеколичество РОН было доведено до 24, причем они были разделенына две области, выбираемые с помощью специальных команд, т.
е.процессор теперь мог обращаться к двум блокам памяти команд емкостью 4 Кбайт, и за каждым из них можно было закрепить своюобласть регистров (8 РОН были всегда доступны для использования). Можно было разрабатывать самостоятельные программныемодули, способные взаимодействовать через общую часть регистрового файла. Но самое главное — это обработка одноуровневых прерываний, что превратило МП в прибор, применяемый в системахреального масштаба времени. «Остановка» создала возможностьсинхронизации МП с некоторыми внешними событиями. 60 инст-4.2.
Процессоры Intel353рукций^ 8 Кбайт памяти команд, обработка прерываний стали достоинством этого МП и вывели его на первое место на рынке МП.Тем не менее специальных команд работы со стеком пока не было.Intel 8008 (1972 г.)Первый 8-разрядный МП. Чип содержал уже 3500 транзисторов,работал на частоте 500 кГц при длительности машинного цикла20 мкс (10 периодов задающего генератора) и в отличие от предшественников имел архитектуру ЭВМ принстонского типа (компьютерс единой памятью для команд и данных — архитектура Джона фонНеймана).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
