Как работают Микропроцессоры. Часть 1. Развитие микропроцесорной технологии. Печать

KL_Intel_C8080Компьютер, который вы используете, чтобы читать эту страницу, обязательно использует микропроцессор, обеспечивающий его работу. Микропроцессор - основа любого нормального компьютера, является ли это настольной машиной, сервером или ноутбуком. Микропроцессором используемым вами, мог бы быть Pentium, K6, PowerPC, Sparc, Athlon или любой из многих других брендов и типов микропроцессоров, но они все делают приблизительно ту же самую вещь приблизительно тем же самым способом.

Микропроцессор - также известный как ЦП или центральный процессор - является полным механизмом вычисления, который произведен на однокристальной схеме. Первым микропроцессором был Intel 4004, представленный в 1971. Эти 4004 не были очень мощны и все, что они могли делать, было сложение и вычитание, делалось это с помощью 4 битов за один раз. Но это было удивительно, так как осуществлялось всего лишь на одной микросхеме. До 4004 инженеры создавали компьютеры или из наборов микросхем или из дискретных компонентов (транзисторы, соединенные проводом по одному). Процессоры 4004 приводили в действие один из первых переносимых электронных калькуляторов. Если бы Вы когда-либо задавались вопросом, что микропроцессор в Вашем компьютере делает, или если Вы когда-либо задавались вопросом о различиях между типами микропроцессоров, то можете, продолжает читать, думаю Вам будет интересно. В этой статье я расскажу, как довольно простые цифровые логические методы позволяют компьютеру выполнять поставленные задачи, будь то игра, либо проверка правописания документа, либо еще что…

Немного истории развития микропроцессоров:

 

 

microprocessor-8080-micro

Intel 8080

Первым микропроцессором, который начали устанавливать в домашний компьютер, был Intel 8080, полный 8-разрядный процессор на одной микросхеме, представленный в 1974. Первый микропроцессор, который сделал реальный всплеск на рынке, был Intel 8088, представленным в 1979, и устанавливался в IBM PC (которые начали появляться на рынке приблизительно в 1982). Если Вы знакомы с рынком персональных компьютеров и его историей, Вы наверно знаете, что рынок персональных компьютеров перемещался от 8088 до 80286 к 80386 к 80486 в Pentium в Pentium II в Pentium III в Pentium 4, Pentium D, Itanium, Intel Core 2, Intel Core 2 Duo и др. Все эти микропроцессоры сделаны Intel, и все они являются улучшением базовой конструкции 8088. К примеру Pentium 4 может выполнить любую часть кода, который работал на оригинале 8088, но он делает это приблизительно в 5 000 раз быстрее!

Следующая таблица поможет Вам понять различия между различными процессорами, которые Intel представил за эти годы.

Имя

Дата

Транзисторы

Микроны

Тактовая частота

Ширина данных

MIPS

8080 

1974 

6 000 

6 

2 МГц 

8 битов 

0.64 

8088 

1979 

29 000 

3 

5 МГц 

16 битов
8-разрядная шина
 

0.33 

80286 

1982 

134 000 

1.5 

6 МГц 

16 битов 

1 

80386 

1985 

275 000 

1.5 

16 МГц 

32 бита 

5 

80486 

1989 

1 200 000 

1 

25 МГц 

32 бита 

20 

Pentium 

1993 

3 100 000 

0.8 

60 МГц 

32 бита
64-разрядная шина
 

100 

Pentium II 

1997 

7 500 000 

0.35 

233 МГц 

32 бита
64-разрядная шина
 

~300 

Pentium III 

1999 

9 500 000 

0.25 

450 МГц 

32 бита
64-разрядная шина
 

~510 

Pentium 4

2000

42 000 000

0.18

1.5 ГГц

32 бита
64-разрядная шина

~1 700

Это наглядная таблица развития процессоров от intel (характеристики последних моделей процессоров можно посмотреть на официальном сайте и конечно же они будут выше характеристик процессоров представленных в таблице).

Зачастую выпущенные ранее процессоры представляются через несколько лет после исходной даты выпуска повторно, но уже с более высокими тактовыми частотами.

Столбец транзисторы представляет число транзисторов на микросхеме процессора. Можно увидеть, что число транзисторов на однокристальной схеме устойчиво повышалось за эти годы.

Столбец Микроны представляет ширину, в микронах, самого маленького провода на микросхеме. Для сравнения человеческий волос приблизительно равен 100 микронов в толщину. Поскольку размеры дорожек на микросхеме уменьшается, то число транзисторов, следовательно, с каждым новым выпуском повышается.

Столбец тактовая частота показывает максимальный уровень, в котором может быть синхронизирована микросхема. (о тактовой частоте я расскажу в следующем разделе.)

Столбец Ширина данных - ширина ALU….Приведу пример. 8-разрядный ALU может добавлять/вычитать/умножать/и т.д. два 8-разрядных числа, в то время как 32-разрядный ALU может управлять 32-разрядными числами. 8-разрядный ALU должен был бы выполнить четыре инструкции, чтобы добавить два 32-разрядных числа, в то время как 32-разрядный ALU может сделать это в одной инструкции. Во многих случаях внешняя шина передачи данных – совпадает с шириной шины ALU, правда это не всегда так. У 8088 были 16-разрядный ALU и 8-разрядная внешняя шина, в то время как современные Pentium-ы использую внешнюю шину данных в 64 бита, а внутри данные передаются по 32-разрядке.

Столбец MIPS обозначает "миллионы инструкций в секунду" и является грубой мерой производительности ЦП. Современные ЦП могут делать очень много разных вещей, и оценки MIPS теряют свое значение, но судя по этому параметру можно получить сведения относительного питания ЦП.

Из таблицы видно, что, есть отношение между тактовой частотой и MIPS. Максимальная тактовая частота это функция производственного процесса и задержек его в пределах микросхемы. Есть также отношение между числом транзисторов и миллионами инструкций в секунду (MIPS). Например 8088 имеющие скорость в 5 МГц, но способны выполнять 0.33 MIPS (приблизительно одна инструкция на 15 тактов). Современные процессоры могут выполнять приблизительно на уровне двух инструкций на такт. Это улучшение современных процессоров непосредственно связано с числом транзисторов на микросхеме и об этом в следующем разделе.

Эту статью Вы можете обсудить на форуме, а в следующей статье я расскажу о логике работы микропроцессора.

Обновлено 13.10.2016 23:39
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить