История развития микропроцессоров
Другие рефераты
Все персональные компьютеры и растущее число наи-более современного оборудования работают на спе-циальной электронной схеме, названной микропро-цессором. Часто его называют компьютер в чипе. Современный микропроцессор- это кусочек кремния, который был выращен в стерильных условиях по спе-циальной технологии.
Полупроводники
Человек научился помещать примеси других атомов в кристаллическую решетку без разрушения этой слож-ной конструкции. Примеси позволили кремнию изме-нить свои свойства, касающиеся проводимости элек-трического тока. Эти свойства позволили отнести материал к новому классу – классу полупроводни-ков. Этот термин отражает промежуточные свойства материала по способности проводить электрический ток: хуже, чем у проводников (медь), но лучше чем у изоляторов (синтетическое покрытие проводни-ков).
Внесение примесей
Хотя эту неуловимую трансформацию материала ло-гично описать в книге по производству металлов, эти средние свойства – проводить электрический ток – с самого начала их выявления обещали произ-вести революцию в электронике. В 1947 году ученые лаборатории Bell осторожно внесли примесь в крем-ниевый кристалл, разделив его кристаллическую ре-шетку на три тонких слоя. Этот сэндвич позволил перемешать атомы различных материалов в кристал-лической решетке.
Транзисторы
Таким образом, получился первый транзистор – кро-шечная пластина серебристого кремния, способная проводить электронный поток, причем входной по-ток, поступавший на один электрод, преобразовы-вался и имел уже другие значения на двух других электродах.
Транзисторы были прорывом в будущее. Они позво-лили отказаться от электронных вакуумных ламп.
Аналоговые и цифровые схемы
Электрические преобразования можно проводить дву-мя путями. Слабый сигнал может быть усилен в сиг-нал точно такой же формы, как оригинал, но с го-раздо большими значениями. Этот процесс получения большего аналога малого сигнала получил название аналогового преобразования. А сам сигнал назван аналоговым. Такое преобразование можно использо-вать для усиления звука, когда мы получаем точно такой формы, но гораздо большего значения.
И, напротив, малый сигнал можно увеличить до большого и, наоборот, большой уменьшить до мало-го, игнорируя все промежуточные значения. В ре-зультате мы получим серию импульсов, которые мо-гут быть использованы для кодировки значений ка-ких-либо величин. Например, семью импульсами мож-но представить цифру семь. Точно так же можно за-кодировать любые цифры. Отсюда электронные уст-ройства, использующие подобную технологию, на-званы цифровыми.
Цифровая логика
Само по себе включение одного выключателя другим может быть бесполезным, однако транзистор может быть включен комбинацией сигналов точно так же, как и одиночным импульсом. Действительно, транзи-сторная схема может быть разработана так, что она сформирует сигнал только после того, как получит два входных. Другая схема может то же самое толь-ко тогда, когда на ее входах нет ни одного вход-ного сигнала, или когда присутствует хотя бы один. Такие схемы называются логическими вентиля-ми. Они получили такое имя, потому что подобно обычным вентилям, могут пропускать, когда они от-крыты, либо не пропускать в закрытом состоянии, электрические сигналы. Эти функции позволяют реа-лизовать принципы формальной логики.
Первые компьютеры были созданы по принципу логи-ческих вентилей, хотя они были разработаны не на транзисторах. И вакуумные лампы, и реле могут ра-ботать по тому же принципу логических вентилей. У транзисторов большое преимущество – они меньше и быстрее. Они так малы, что сотни тысяч могут раз-меститься на пластине кремния с ноготь человека.
Интегральные схемы
Микропроцессор представляет собой большую сово-купность простых транзисторов, которая называется интегральной схемы или ИС, потому что они функ-ционируют как много отдельных транзисторов и дру-гих устройств, интегрированных и реализованных на одной маленькой кремниевой пластине. Часто эту большую интегральную микросхему называют просто чипом.
Конструкция этих элементов выросла за пределы просто кристалла. Микропроцессор – это только од-но устройство из большого числа интегральных схем, с помощью которых теперь реализуют огромное множество всевозможных приборов, начиная от аудио до часов. В микропроцессоре тысячи транзисторов соединены таким образом на кремниевой пластине, что одно и то же множество входных сигналов. Мик-ропроцессоры отличаются от других интегральных схем, созданных на том же множестве транзисторов, тем, что преобразование сигнала происходит в со-ответствии с поступившем входным сиг-налом только внутри самой микросхемы.
Внутренности микропроцессора
Большинство микропроцессоров имеют специально встроенные области памяти, названные регистрами, в которых они осуществляют все свои манипуляции и расчеты. Например, для того, чтобы сложить два числа, первое помещается сначала в регистр, затем другое прибавляется и сумма остается внутри реги-стра.
Сигналы, путешествующие по микропроцессору, представляют сбой серию цифровых импульсов. Их перемещение происходит почти одновременно – па-раллельно по нескольким проводникам. Каждая серия таких импульсов представляет собой отдельную ко-манду, реализующую определенную функцию микропро-цессора. Каждая команда имеет для идентификации свое имя. Полный набор реализуемых функций и их имена называются множеством микрокоманд процессо-ра.
Внутренняя структура кремния микропроцессора определяет, что он делает по каждому входному сигналу. В результате компьютерная программа для микропроцессора встраивается в его техническое обеспечение. Эта программа называется микрокодом для микропроцессора.
Соединение микропроцессоров
Помимо работы с внутренней памятью и манипуляций цифровыми битами микропроцессоры должны каким-то образом получать входную информацию и выдавать полученные результаты. Для реализации этой связи с внешним миром разработана микропроцессорная ши-на данных. Кроме того, микропроцессору необходимо каким-то образом определять, где хранятся данные во внешней памяти. Для этой цели придумана другая шина, названная адресной. Название говорит о том, что она используется для определения местонахож-дения необходимой информации.
Микропроцессоры отличаются по находящимся в их распоряжении ресурсами, что в свою очередь влияет на скорость их работы. Микропроцессоры мо-гут отличаться не только числом регистров, но и размерами самих регистров. Регистры характеризу-ются числом битов, с которыми он может работать в единицу времени. Например, 16-битному необходим один или более регистров размерностью в 16-бит.
История развития микропроцессоров – это история увеличения размеров их регистров и ширины шины. С каждым новым поколением микропроцессоров увеличи-вался размер регистров и шире становилась адрес-ная шина. В результате персональные компьютеры становились мощнее.
Четырехбитное мышление
Первый микропроцессор был изготовлен в 1971 году фирмой Intel Corporation. Это был четырехбитный микропроцессор 4004. Эти 4 бита позволяли кодиро-вать все цифры и символы, что было достаточно для математических расчетов. Микропроцессор мог складывать, вычитать и умножать точно так же как это делают его старшие братья, хотя и не так бы-стро.
Теперь несколько слов о том, как был разрабо-тан 4004. Чип был разработан Тедом Хоффом из Intel Corporation. Первое упоминание о нем появи-лось в 1969 году в отчете по работам с несущест-вующей теперь японской компанией Busicom. Японцы заказали изготовить двенадцать типов микросхем для использования их в калькуляторах различных моделей. Малый объем каждой партии микросхем уве-личивал стоимость их разработки. Однако Хоффу удалось создать такой чип, который мог использо-ваться во всех калькуляторах. Микросхема работала прекрасно и открыла век дешевых калькуляторов. Она явилась прекрасной базой для разработки про-граммируемых устройств того времени.
Восьмибитные чипы
Солидные машины работают не только с цифрами, но так же и с текстами. Микропроцессор 4004 не обла-дал всеми этими способностями. Изготавливая мик-ропроцессор для более широких целей, необходимо было увеличить размер его регистров. Это позволи-ло бы ему понимать все буквы и цифры. Использова-ние 6 бит позволяет различать все малые и большие буквы и цифры (можно закодировать 64 символа). Но при этом остается мало значений для кодировки знаков пунктуации и управляющих символов. В ре-зультате в 1972 году появился восьмибитный микро-процессор
Intel 8008. Размер его регистров соответствовал стандартной единице цифровой информации – байту.
Процессор 8008 являлся простым развитием 4004. Это был интересный и работоспособный микропроцес-сор. Его широко использовали при производстве персональных компьютеров.
Intel продолжал развеваться (как и вся от-расль). И в 1974 году был создан гораздо более интересный микропроцессор 8080. С самого начала разработки он закладывался как 8-битный чип. У него было более широкое множество микрокоманд (множество микрокоманд 8008 было расширено). Кро-ме того, это был первый микропроцессор, который мог делить числа.
Несколько инженеров фирмы имели идеи по усо-вершенствованию 8080. Они покинули Intel, чтобы реализовать их. Ими была организована Zilog Corporation, которая подарила миру микропроцессор Z80. В действительности Z80 являлся дальнейшей разработкой микропроцессора 8080. Было просто увеличено число его команд, что позволило создать и использовать на персональных компьютерах стан-дартные операционные системы.
Разработанная Digital Research операционная система, представляющая собой специальную про-грамму, связывающую микропроцессор и остальные устройства технического обеспечения (например, оперативная память), была
| |  скачать работу |
Другие рефераты
|
