Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу


Скачать 108.71 Kb.
НазваниеРеферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу
Дата публикации14.07.2013
Размер108.71 Kb.
ТипРеферат
vb2.userdocs.ru > История > Реферат
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ГОУ ВПО КубГУ)

Кафедра социологии

Реферат

Микропроцессоры: история развития и типы

Работу выполнил: Мачигин В.Г.

Факультет: ФИСМО

Специальность: Социология

Курс 1

Научный руководитель:

к. соц. н. Белопольская Т.Н.
Краснодар 2012
Содержание.

Введение. 3

Часть 1. История развития микропроцессоров. 4

1.1 Предыстория появления микропроцессоров. 4

1.2 Первые микропроцессоры. i4004, i8008, i8086. 4

1.3 Микропроцессоры Intel 80-х годов. Архитектура iAPX 432. Первые 32-битные процессоры. 5

1.4 Процессоры Intel 90-х и начала 2000-х годов. Эра Pentium. 7

1.5 Современные процессоры. Core 2, Core i7. 8

Часть 2. Современные процессорные архитектуры. 10

2.1 CISC 10

2.2 RISC. 11

2.3 MISC. 12

2.4 x86 и x86-64. 12

Заключение. 14

Список источников. 15


Введение.


Несмотря на то, что микропроцессоры были изобретены сравнительно недавно, сейчас они используются практически во всех областях жизни человека. Появившись в начале 70-х годов, они перевернули наши представления о компьютерах. Использование микропроцессоров значительно уменьшило размеры и энергопотребление ЭВМ. С тех пор даже обычный человек может позволить себе иметь дома персональный компьютер.

Сегодня один, или даже несколько ПК есть почти в каждой семье. Однако относительно небольшое количество людей имеет представление о том, что же такое микропроцессор.

Первоочередными задачами этой работы являются:

  1. Краткий обзор появления и истории развития микропроцессоров;

  2. Рассмотрение устройства современных процессоров, принципов их работы.

История развития микропроцессоров будет рассмотрена на примере компании Intel, т.к. инженеры именно этой компании вносили наибольший вклад в разработку этих устройств.

^

Часть 1. История развития микропроцессоров.

1.1 Предыстория появления микропроцессоров.


В декабре 1947 года в лабораториях Bell Labs команда исследователей под управлением Уильяма Шокли представила первый биполярный транзистор. Глава проекта доработал изобретение и в 1948-м выпустил еще более совершенный биполярный плоскостной транзистор (bi-polar junction transistor). Свойства и особенности строения транзистора сделали его идеальной заменой широко используемым вакуумным трубкам. Производство новых компонентов было дешевле, они работали с невиданной скоростью (переход бинарного состояния занимал миллиардную долю секунды) и занимали гораздо меньше места. Разработка Шокли перевернула компьютерную индустрию с ног на голову и стала крупным шагом на пути к миниатюризации компьютеров.
^

1.2 Первые микропроцессоры. i4004, i8008, i8086.


Микропроцессор - устройство, выполняющее алгоритмическую обработку информации, и, как правило, управление другими узлами компьютера или иной электронной системы. Представляет собой цифровую интегральную схему выполняющую последовательность инструкций — программу.

Первым коммерческим микропроцессором был i4004, 4-битный микропроцессор, представленный фирмой Intel 15 ноября 1971 г. Он состоял из 2300 транзисторов, работал на частоте до 200 кГц и предназначался для использования в микрокалькуляторах. Эта микросхема считается первым в мире коммерчески доступным однокристальным микропроцессором. Процессор мог выполнять до 93000 операций в секунду. Для сравнения, ENIAC выполнял только 5000.

Следующим этапом стал ^ Intel i8008, первый коммерческий 8-битный микропроцессор, выпущенный 1 апреля 1972 года. Он позиционировался как процессор для продвинутых калькуляторов общего назначения, терминалов ввода-вывода и автоматов бутылочного разлива. Его частота была меньше, чем у i4004, и составляла 500 кГц. Микропроцессор i8008 архитектурно был очень похож на i4004, многие решения, использованные в i4004, также применялись и в i8008.

Первым 16-битным микропроцессором стал ^ HP BPC, выпущенный в 1975 году компанией HP.

Intel 8086 (также известный как iAPX86) — первый 16-битный микропроцессор компании Intel, разрабатывавшийся с весны 1976 года и выпущенный 8 июня 1978 года. Процессор имел набор команд, который применяется и в современных процессорах, именно от этого процессора берёт своё начало известная на сегодня архитектура x86. В персональных компьютерах процессор i8086 практически не использовался из-за дороговизны специализированных микросхем, которые были необходимы для работы процессора. Частота составляла уже 4-10 МГц.
^

1.3 Микропроцессоры Intel 80-х годов. Архитектура iAPX 432. Первые 32-битные процессоры.


Intel iAPX 432 Micromainframe — первый 32-битный микропроцессор (точнее семейство микропроцессоров) компании Intel, анонсирован в 1981 году (разработка начата в 1975 году). iAPX 432 должен был быть основным из процессоров Intel в 1980-х, аппаратно реализуя такие функции, как многозадачность и управление памятью.

Относится к семейству стековых VLSI-процессоров. Каждая команда может содержать несколько команд и стековых операндов. То есть выполнение одной команды может приводить к решению целой формулы и т. п.

Система команд микропроцессора поддерживала работу со сложными структурами данных, что давало возможность сократить объём программного кода операционной системы (по сравнению с объёмом кода для процессоров с другой системой команд). Однако, разработка была чрезвычайно сложной по сравнению с основным направлением процессоров, настолько сложной, что инженеры Intel были неспособны перенести её в эффективную реализацию, используя полупроводниковые технологии того времени. В результате, микропроцессор получился очень медленным и дорогим, поэтому планы Intel о замене архитектуры x86 на iAPX 432 так и не осуществились.

Intel 80386 (также известный как i386 или просто 386) — 32-битный x86-совместимый процессор третьего поколения фирмы Intel, выпущенный 17 октября 1985 года. Данный процессор был первым 32-разрядным процессором для IBM PC-совместимых ПК. Применялся, преимущественно, в настольных ПК и портативных ПК (ноутбуки и лэптопы). В настоящее время в основном используются в контроллерах, а также в бытовой технике. По некоторым оценкам, ни до, ни после i386 архитектура процессоров x86 ни разу не переделывалась столь кардинально. В процессорах этой архитектуры впервые были введены основные механизмы поддержки современных 32-разрядных операционных систем для PC-совместимых платформ.

В i386 был введён новый механизм управления памятью — адресное пространство, к которому обращается процессор за данными и кодом, в котором располагаются сегменты (названное линейным адресным пространством) может не соответствовать реальной физической памяти. Физическая память (включая буферы внешних устройств, например видеобуфер) может быть отображена в линейное адресное пространство произвольным образом — каждая страница (размером 4 килобайта) линейного пространства может быть переадресована на любую страницу физической памяти через каталог страниц, располагающийся в оперативной памяти.

Intel486 (также известный как i486, Intel 80486 или просто 486-ой) — 32-битный скалярный x86-совместимый микропроцессор четвёртого поколения, построенный на гибридном CISC-RISC-ядре и выпущенный фирмой Intel 10 апреля 1989 года. Этот микропроцессор является усовершенствованной версией микропроцессора 80386. Это был первый микропроцессор со встроенным математическим сопроцессором (FPU). Применялся преимущественно в настольных ПК, в высокопроизводительных рабочих станциях, в серверах и портативных ПК (ноутбуки и лаптопы).

В результате использования интегрированной кеш-памяти, существенно возросло количество транзисторов в процессоре и, как следствие, увеличилась площадь кристалла. Увеличение количества транзисторов привело к существенному увеличению рассеиваемой мощности. По этой причине процессоры Intel486 старших моделей уже требовали принудительного (активного) охлаждения.
^

1.4 Процессоры Intel 90-х и начала 2000-х годов. Эра Pentium.


Pentium — торговая марка нескольких поколений микропроцессоров семейства x86, выпускаемых корпорацией Intel с 22 марта 1993 года. Pentium является процессором Intel пятого поколения и пришёл на смену i486.

Основные отличия от семейства 80486:

  1. Благодаря использованию суперскалярной архитектуры процессор может выполнять 2 команды за 1 такт. Pentium — первый CISC-процессор, использующий многоконвейерную архитектуру.

  2. 64-битная шина данных позволяет процессору Pentium за один шинный цикл обмениваться вдвое большим объёмом данных с оперативной памятью, чем 486 (при одинаковой тактовой частоте).

  3. Раздельное кеширование программного кода и данных.

Pentium II и Pentium III отличались от предшественника тактовыми частотами, размером кэша и обновленным набором инструкций, включающим SSE (Pentium III).

Принципиально новым стал Pentium 4, представленный 20 ноября 2000 года. В нем использовалась новая архитектура NetBurst, которая разрабатывалась, в первую очередь, с целью достижения высоких тактовых частот. Однако, работа процессора на высоких частотах связана с большим тепловыделением. Например, оптимальным охлаждением для процессора Cedar Mill, работающим на частоте 7 ГГц, является жидкий азот. Это заставило производителей микропроцессоров отказаться от дальнейшего повышения частот в пользу многоядерности.
^

1.5 Современные процессоры. Core 2, Core i7.


Core 2 — шестое поколение микропроцессоров архитектуры x86-64 корпорации Intel, основанное на процессорной архитектуре Core. Микроархитектура Intel Core обеспечивает высокую производительность, энергосбережение и быстродействие в многозадачных средах. Она имеет несколько ядер и аппаратную поддержку виртуализации (Intel VT), а также Intel 64 и SSSE3.

Intel Core i7 — семейство процессоров x86-64 Intel. Это первое семейство, использующее микроархитектуру Intel Nehalem.

Архитектура Nehalem построена на базе Core, но содержит такие кардинальные изменения, как:

  1. Встроенный контроллер памяти, поддерживающий 2 или 3 канала DDR3 SDRAM или 4 канала FB-DIMM

  2. Новая шина QPI, пришедшая на смену шине FSB (только в процессорах для LGA 1366; процессоры для LGA 1156 используют шину DMI)

  3. Возможность выпуска процессоров со встроенным графическим процессором(в бюджетных решениях на базе 2-х ядерных процессоров)

  4. В отличие от Kentsfield и Yorkfield, которые состоят из двух кристаллов по 2 ядра в каждом, все 4 ядра Bloomfield находятся на одном кристалле

  5. Добавлен кэш 3-го уровня

  6. Добавлена поддержка SMТ (организация 2-х логических ядер из 1 физического)
^

Часть 2. Современные процессорные архитектуры.

2.1 CISC


CISC (англ. Complex instruction set computing, или англ. complex instruction set computer — компьютер с комплексным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

  1. нефиксированное значение длины команды;

  2. арифметические действия кодируются в одной команде;

  3. небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально, все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel Pentium Pro, являются CISC-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров x86 в более простой набор внутренних инструкций RISC.

В микропроцессор встраивается аппаратный транслятор, превращающий команды x86 в команды внутреннего RISC-процессора. При этом одна команда x86 может порождать несколько RISC-команд (в случае процессоров типа P6 — до четырёх RISC-команд в большинстве случаев). Исполнение команд происходит на суперскалярном конвейере одновременно по несколько штук.

Это потребовалось для увеличения скорости обработки CISC-команд, так как известно, что любой CISC-процессор уступает RISC-процессорам по количеству выполняемых операций в секунду. В итоге, такой подход и позволил поднять производительность CPU.

Недостатки CISC архитектуры:

  1. высокая стоимость аппаратной части;

  2. сложности с распараллеливанием вычислений.


Методика построения системы комманд CISC противоположна другой методике - RISC. Различие этих концепций состоит в методах программирования, а не в реальной архитектуре процессора. Практически все современные процессоры эмулируют наборы команд как RISC так и CISC типа.

2.2 RISC.


RISC (англ. restricted (reduced) instruction set computer — компьютер с сокращённым набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — короче. Первые RISC-процессоры даже не имели инструкций умножения и деления. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками).

Характерные особенности RISC-процессоров:

  1. Фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.

  2. Специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров (т. н. архитектура load-and-store).

  3. Большое количество регистров общего назначения (32 и более).

  4. Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово.

  5. Отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То, что в CISC-процессоре исполняется микропрограммами, в RISC-процессоре исполняется как обыкновенный (хотя и помещённый в специальное хранилище) машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений.

2.3 MISC.


MISC (англ. minimal instruction set computer — «минимальный набор команд компьютера») — процессорная архитектура.

Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно большое слово (связку, bound). Это позволило использовать возросшую производительность компьютера и его возможность обрабатывать одновременно несколько потоков данных.

2.4 x86 и x86-64.


x86 — архитектура процессора c одноименным набором команд, впервые реализованная в процессорах компании Intel.

Название образованно от двух цифр, которыми заканчивались названия процессоров Intel ранних моделей — 8086, 80186, 80286 (i286), 80386 (i386), 80486 (i486). За время своего существования набор команд постоянно расширялся, сохраняя совместимость с предыдущими поколениями. x86 — это CISC-архитектура. Доступ к памяти происходит по «словам». «Слова» размещаются по принципу little-endian (от младшего к старшему), известному также как Intel-формат. Современные процессоры включают в себя декодеры команд x86 для преобразования их в упрощённый внутренний формат с последующим их выполнением.

x86-64 (также x64/AMD64/Intel64/EM64T) — 64-битная аппаратная платформа (чипсет, архитектура микропроцессора и команд), разработанная компанией AMD для выполнения 64-разрядных приложений.

Это расширение архитектуры x86 с почти полной обратной совместимостью. Корпорации Microsoft и Oracle используют для обозначения этого набора инструкций термин «x64».

Процессоры архитектуры поддерживают два режима работы: Long mode («длинный» режим) и Legacy mode («наследственный», режим совместимости с x86).

Long Mode позволяет выполнять 64-битные программы; также (для обратной совместимости) предоставляется поддержка выполнения 32-битного кода, например, 32-битных приложений, хотя 32-битные программы не смогут использовать 64-битные системные библиотеки, и наоборот. Чтобы справиться с этой проблемой, большинство 64-разрядных операционных систем предоставляют два набора необходимых системных файлов: один — для родных 64-битных приложений, и другой — для 32-битных программ. (Этой же методикой пользовались ранние 32-битные системы — например, Windows 95 — для выполнения 16-битных программ.)

Legacy Mode позволяет процессору AMD64 выполнять инструкции, рассчитанные для процессоров x86, и предоставляет полную совместимость с 32-битным кодом и операционными системами. В этом режиме процессор ведёт себя точно так же, как x86-процессор, например Pentium 4, и дополнительные функции, предоставляемые архитектурой AMD64 (например, дополнительные регистры) недоступны. В этом режиме 64-битные программы и операционные системы работать не будут.

Заключение.


С уверенностью можно говорить, что изобретение микропроцессоров оказало на человечество не меньшее влияние, чем колесо и обработка железа. Машины, использующие процессоры, помогают человеку во всех сферах его деятельности, будь то работа, быт или развлечения.

С момента выпуска первого микропроцессора прошло более 30 лет. За это время технология производства процессоров ушла далеко вперед. Приведу краткое сравнение самого первого процессора Intel 4004 и современного Intel Core i7-3820. Частота первого составляла 200 кГц, что в 18000 меньше, чем у Core i7. Размер транзисторов уменьшился в 312,5 раз, вместе с тем увеличилась площадь кристалла в 36,25 раза. Количество транзисторов выросло в миллион раз, кроме того современные настольные процессоры на одном кристалле имеют до 6 ядер. Что же нас ждет дальше?

Список источников.


  1. Сайт корпорации Intel http://intel.com

  2. Сайт http://ixbt.com

  3. Википедия, Свободная Энциклопедия http://ru.wikipedia.org

  4. Wikipedia, The Free Encyclopedia http://en.wikipedia.org

  5. Сайт Журнала «Компьютерра» www.computerra.ru

  6. Сайт Издательства «Открытые Системы» www.osp.ru

  7. Сайт журнала «Игромания» www.igromania.ru

Похожие:

Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconАгапова Н. И. История экономики. М., 2001. С. 30-51, 52-59. Бор М. З. История мировой экономики
История экономического развития России: Учебн пособие для вузов / А. А. Борейко, А. В. Войц, И. А. Гараевская и др. Под ред
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу icon2 Типы, формы и модели коммуникации Существуют различные типы коммуникаций:...
Имеются различные подходы к типологии коммуникации. Рас­смотрим различные типы коммуникаций, классифицируя их по наиболее значимым...
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу icon1 Тенденции взаимодействия общества и природы Взаимосвязь экономики,...
Место науки «Экономика устойчивого развития» в системе эколого-экономических наук, краткая история её становления и развития, предмет...
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconРеферат содержит следующие
Реферат – это краткое изложение в письменном виде содержания и результатов индивидуальной учебно-исследовательской деятельности,...
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconВопросы и задачи к государственному итоговому междисциплинарному...
Экономический рост: понятие, типы, факторы, модели, показатели измерения. Цикличность экономического развития
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconСеминар Феодальная экономика: ее типы и сущность Вопросы к семинару
Типы феодального хозяйства. Экономика феодального города: ремесла, торговля, финансы
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconМетодические указания по их выполнению реферат по курсу «Психогенетика»
Реферат по курсу «Психогенетика» выполняется в рамках запланированных часов самостоятельной работы – 52 часа. На основе реферата...
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconИндивидуальное задание по теме 1
Требования. Реферат выполняется на заданную тему (см файл Распределение тем рефератов и презентаций doc). Реферат должен состоять...
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу icon22. История развития характерологии
Т. к хар-р явл прижизненным образованием личности, больш-во сущ-щих его классиф-ий исходят из оснований, явл-ся внеш., опосредованными...
Реферат Микропроцессоры: история развития и типы Работу iconПрограмма курса «История математики»
Предмет истории математики. Взаимосвязь математики с социально-экономическими условиями. Основные периоды развития математики. История...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница