Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Организация ЭВМ arrow
Характеристики и классификация основных устройств ЭВМ

ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОРОВ

Определение процессора и сравнительная характеристика различных типов цифровых интегральных схем

Определение и типы процессоров

Процессор (центральный процессор) — основной элемент ЭВМ. По конструктивному исполнению можно выделить два типа процессоров: процессор на печатной плате и процессор на кристалле (микропроцессор). В настоящее время в большинстве ЭВМ центральный процессор является микропроцессором.

Определение микропроцессора

Микропроцессор — это универсальное программно-управляемое устройство цифровой электроники, осуществляющее прием, обработку и выдачу цифровых двоичных данных в соответствии с программой, хранящейся в запоминающем устройстве, и реализованное в виде одной или нескольких интегральных схем.

Первый микропроцессор, Intel4004, разработали в 1971 году сотрудники корпорацииIntel: Маршиан Эдвард Хофф (Тед Хофф, TedHoff), Федерико Фаджин (FedericoFaggin) и Стен Мейзор (StanMazor). Их имена внесены в список лауреатов Национального зала славы изобретателей США, а изобретение микропроцессора признано одним из величайших достижений двадцатого века.

Цифровой электронный элемент как черный ящик

Для лучшего понимания определения микропроцессора сравним его с другими устройствами цифровой электроники в терминах одного из основных понятий теории управления — черного ящика. Элемент цифровой электроники представляет для пользователя как раз такой черный ящик, который принимает цифровые двоичные сигналы на входе, осуществляет их преобразование и выдает на выходе.

Элементы комбинационной логики

Первую группу составляют логические элементы (НЕ, И, НЕ-И (И-НЕ), ИЛИ, НЕ-ИЛИ (ИЛИ-НЕ), исключительное ИЛИ), шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры. Входные сигналы представляют собой некоторые данные, преобразуемые в соответствии с определенной логической функцией в выходные данные. В каждый момент времени выходные данные зависят только от текущих входных данных. Какая-либо зависимость от предшествующих значений входных данных отсутствует. Поэтому элементы этой группы называются элементами комбинационной логики.

В составе группы элементов комбинационной логики выделяются шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры. Отличие их от логических элементов состоит в нарушении однородности входных данных. У мультиплексоров и демультиплексоров есть собственно данные, и есть управляющая информация, представляющая собой номер подключаемого на входе или выходе канала. Такая же картина может быть и у дешифратора. Вообще, эти устройства можно объединить в одном изделии. Одна из популярных микросхем К155ИД4 представляет собой сдвоенный демультиплексор-дешифратор.

Однако у всех элементов комбинационной логики отсутствует то, что называется внутренним состоянием или памятью.

Элементы последовательностной логики

Элементы, обладающие внутренним состоянием (памятью), относятся к группе последовательностной логики. В нее входят триггеры, счетчики и регистры. Триггер можно реализовать на двух элементах НЕ-И или НЕ-ИЛИ, если выходы каждого из них подключить к одному из входов другого элемента. Это удивительный факт, память появляется практически ниоткуда, благодаря исключительно обратной связи. Никаких новых элементов, отсутствующих в устройствах комбинационной логики, в них нет. Есть только новые связи. Поскольку у таких устройств появляется внутреннее состояние, то появляется и новый тип входов — предустановка (установка в определенное начальное состояние). Другой тип входа, который появляется у этих устройств — тактовый сигнал. Он необходим для синхронизации изменения состояния устройства с некоторыми дискретными моментами времени, которые задает генератор тактовых сигналов (в совокупности с таймером). Таким образом, тактовый синхросигнал — это не что иное, как привнесение в систему дискретного времени, это "стук сердца".

Микропроцессор как самый сложный элемент цифровой электроники

Самым сложным в ряду устройств цифровой электроники является микропроцессор. Он также осуществляет преобразование входных данных в выходные. Но оно каждый раз новое, так как определяется текущей выполняемой командой. (Микропроцессор и появился, как альтернатива жесткой логике.). Таким образом, микропроцессор можно определить как устройство, которое осуществляет чтение команд из памяти, их дешифрацию и выполнение. Входная информация при этом не “висит” на входных выводах, как у логических элементов, а располагается во внутренних регистрах процессора, будучи туда предварительно введенной из памяти или внешних устройств, причем, возможно, не за один машинный цикл. И конечно, управляющие сигналы процессора имеют самый широкий спектр.

Сравнение микропроцессора с ПЛИС

Среди других типов цифровых интегральных схем для лучшего понимания сущности микропроцессора выделим еще один — программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Они определенным образом сочетают в себе свойства всех вышеперечисленных устройств. ПЛИС имеют в своем составе память (перепрограммируемую постоянную или статическую), логические элементы и ключи, их соединяющие. Создание системы на основе ПЛИС заключается в построении битовой последовательности, записываемой в память ПЛИС. Эта битовая последовательность и задает конфигурацию логических элементов включением-выключением определенных ключей. Создание битовой последовательности для ПЛИС имеет аналогию с созданием программ для микропроцессоров. Необходимая конфигурация ПЛИС создается в системе автоматизированного проектирования с использованием средств, аналогичным языкам программирования высокого уровня. Затем с помощью компилятора она переводится в битовую последовательность. Таким образом, ПЛИС сочетают в себе преимущества жесткой логики и универсального процессора. Некоторые считают, что благодаря этому ПЛИС вытеснят микропроцессор. В этом есть определенный резон. Процессор, как мы уже выяснили — это чисто алгоритмическое устройство. А в природе в чистом виде алгоритмов не бывает, т. е. алгоритм поведения системы определяется ее структурой, является сущностью, производной от структуры системы. Любая естественная система является синергетической (самоорганизующейся). На этом же принципе должен быть основан новый тип вычислительных устройств. Это может быть что-то вроде самоорганизующихся ПЛИС, в которых битовая последовательность создается автоматически в процессе обучения. Пока же средства создания битовых последовательностей являются программами для микропроцессора. А микропроцессор в этом смысле замкнут или самодостаточен — программы для него создаются с использованием средств, также являющихся его программами.

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ СКАЧАТЬ   След >
 

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
Характеристики и классификация основных устройств ЭВМ