Вычислительная техника
Другие рефераты
Государственный комитет по связи и информатике
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ
И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра ВТ и УС
Курсовая работа
по теме
Анализ и оценка аппаратных средств современных ПЭВМ
Выполнил:
Студент гр. А19301
Рыбалко С.О.
Проверил:
д.т.н. Козырева
Москва
1997
Введение
В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно
обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины
были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как
правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой
публике. Однако в1971 г. произошло событие, которое в корне изменило
ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный
рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том вне всякого сомнения
знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого
американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния),
выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового
класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которыми теперь
пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров
до маститых ученых и инженеров. Этим машинам, не занимающим и половины
поверхности обычного письменного стола, покоряются все новые и новые классы
задач, которые ранее были доступны (а по экономическим соображениям часто и
недоступны - слишком дорого тогда стоило машинное время мэйнфреймов и мини-
ЭВМ) лишь системам, занимавшим не одну сотню квадратных метров. Наверное,
никогда прежде человек не имел в своих руках инструмента, обладающего столь
колоссальной мощью при столь микроскопических размерах.
Процессоры
Первый шаг
15 ноября 1971 г. можно считать началом новой эры в электронике. В
этот день компания приступила к поставкам первого в мире микропроцессора
Intel 4004 - именно такое обозначение получил первый прибор, послуживший
отправной точкой абсолютно новому классу полупроводниковых устройств.
Создав новый рынок и захватив на нем господствующие высоты, Intel тем
не менее стремилась расширить его границы, и за 25 лет процессоры проделали
поистине гигантский путь.
Рассмотрим типы процессоров, которые применяются в данное время:
80286
Процессор i80286 был анонсирован 1 февраля 1982 г. Архитектура и
характеристики чипа оказались весьма впечатляющими. Оставшись 16-разрядным
прибором, по производительности новый ЦП в 3—6 раз превзошел своего
предшественника (i8086) при тактовой частоте первой модификации 8 МГц.
Благодаря использованию многовыводного корпуса разработчики смогли
применить схему с раздельными шинами адресов и данных. 24 разряда адреса
позволили обращаться к физической памяти объемом до 16 Мбайт — такую же
емкость имели тогда и старшие модели большинства мэйнфреймов. Встроенная
система управления памятью и средства ее защиты открывали широкие
возможности использования МП в многозадачных средах. Кроме того, аппаратура
i80286 обеспечивала работу с виртуальной памятью объемом до 1 Гбайт.
Новый ЦП имел два режима работы - реальный и защищенный. В первом
случае он воспринимался как быстрый ЦП i8086 с несколько расширенной
системой команд и прекрасно подходил тем потребителям, для которых, помимо
скоростных характеристик, жизненно важным было сохранение существующего
задела ПО. Работа в защищенном режиме позволяла использовать преимущества
прибора в полном объеме, и прежде всего — большой объем основной памяти.
Первенец 32-разрядных систем
Первенец 32-разрядных систем i80386 был представлен 17 октября
1985 г. и имел все права на звание процессора для ЭВМ общего назначения.
Использование КМОП-технологии с проектными нормами 1 мкм и двумя
уровнями металлизации позволило разместить на кристалле 275 тыс.
транзисторов и реализовать полностью 32-разрядную архитектуру ЦП. 32
разряда адреса обеспечили адресацию физической памяти объемом до 4 Гбайт и
виртуальной памяти емкостью до 64 Тбайт. Помимо работы с виртуальной
памятью допускались операции с памятью, имевшей страничную организацию.
Предварительная выборка команд, буфер на 16 инструкций, конвейер команд и
аппаратная реализация функций преобразования адреса значительно уменьшили
среднее время выполнения команды. Благодаря этим архитектурным
особенностям, процессор мог выполнять 3 - 4 млн. команд в секунду, что
примерно в 6 - 8 раз превышало аналогичный показатель для МП i8086.
Безусловно, новый прибор остался совместимым со своими предшественниками на
уровне объектных кодов.
Особый интерес представляли три режима работы кристалла ( реальный,
защищенный и режим виртуального МП i8086. В первом обеспечивалась
совместимость на уровне объектных кодов с устройствами i8086 и i80286,
работающими в реальном режиме. При этом архитектура i80386 была почти
идентична архитектуре 86-го процессора, для программиста же он вообще
представлялся как ЦП i8086, выполняющий соответствующие программы с большей
скоростью и обладающий расширенной системой команд и регистрами. Благодаря
этим качествам 32-разрядного продукта компания сохранила прежних клиентов,
которые хотели модернизировать свои системы, не отказываясь от имевшегося
задела в области программного обеспечения, и привлекла тех, кому изначально
требовалась высокая скорость обработки информации.
Одно из основных ограничении реального режима было связано с
предельным объемом адресуемой памяти, равным 1 Мбайт. От него свободен
защищенный режим, позволяющий воспользоваться всеми преимуществами
архитектуры нового ЦП. Размер адресного пространства в этом случае
увеличивался до 4 Гбайт, а объем поддерживаемых программ до 64 Тбайт.
Системы защищенного режима обладали более высоким быстродействием и
возможностями организации истинной многозадачности.
Наконец, режим виртуального МП открывал возможность одновременного
исполнения ОС и прикладных программ. написанных для МП i8086, i80286
и80386. Поскольку объем памяти, адресуемой 386-м процессором, не ограничен
значением 1 Мбайт, он позволял формировать несколько виртуальных сред
i8086.
10 апреля 1989 г. корпорация Intel объявила о начале выпуска 32
разрядного прибора второго поколения - i80486, ставшего после устройств
i8080 и !8086 еще одним долгожителем.
Pentium
Стремительное усложнение программного обеспечения и постоянное
расширение сферы применения компьютеров настоятельно требовали
существенного роста вычислительной мощи центральных процессоров ПК. Ко
всему прочему на пятки стали наступать и RISC-процессоры. Хотя в конце 80-х
годов некоторые эксперты предсказывали близкий конец кристаллов СISC,
корпорация Intel вполне справедливо посчитала, что до этого еще далеко и в
микропроцессорах использованы не все возможности СISC-архитектуры. Кроме
того, фирме вряд ли простили бы отказ от программной совместимости с
предшествующими моделями - стоимость накопленного системного и прикладного
ПО уже измерялась в миллиардах долларов.
Как это случалось не раз, проработки нового процессора начались, когда
проект создания 486-го МП вступил в заключительную стадию. В основу
продукта была положена суперскалярная архитектура (еще один атрибут из мира
мэйнфреймов), которая и дала возможность получить пятикратное повышение
производительности по сравнению с моделью 486DХ. Высокая скорость
выполнения команд достигалась благодаря двум 5-ступенчатым конвейерам,
позволявшим одновременно исполнять несколько инструкций. Для постоянной
загрузки обоих конвейеров из кэш’а требуется широкая полоса пропускания .
Совмещенный буфер команд и данных обеспечить ее не мог, и разработчики
воспользовались решением из арсенала RISC-процессоров, оснастив Pentium
раздельными буферами команд и данных. При этом обмен информацией с памятью
через кэш данных осуществлялся совершенно независимо от процессорного ядра,
а буфер инструкций был связан с ним через высокоскоростную 256-разрядную
внутреннюю шину. Несмотря на то что новый кристалл был спроектирован как 32-
разрядный, для связи с остальными компонентами системы использовалась
внешняя 64-разрядная шина данных с максимальной пропускной способностью 528
Мбайт/с. Еще одной «изюминкой» архитектуры, позаимствованной у
представителей универсальных ЭВМ стала схема предсказания переходов.
По скорости выполнения команд с плавающей точкой Pentium в пять - семь
раз превзошел процессор 486DX2/50 и почти на порядок - микросхему 486DX/33.
Pentium Pro
27 марта 1995 г. Intel представила микропроцессор шестого поколения,
получивший название Pentium Pro. Стремление выжать из CISC-архитектуры
практически все, на что она способна, заставило разработчиков этого
продукта пользоваться почти всеми
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
