Творческая деятельность компьютерных фирм в 1997 г.

Постоянный научный поиск ведется в области технологии изготовления больших интегральных схем. Основными направлениями совершенствования являются увеличение плотности монтажа (т.е. сокращение физических размеров компонентов ИС), повышение быстродействия и надежности.

Микропроцессоры Pentium Pro фирмы Intel начали выпускаться по технологии 0, 5 мкм (данный параметр характеризует минимально различимый размер компонентов ИС), a Pentium 2 выпускался уже по технологии 0, 35 мкм. Микропроцессоры фирмы Intel Xeon (для серверов) и Celeron (для недорогих компьютеров) выпускаются по 0, 25 мкм-технологии. МП Pentium 3 (тактовая частота в конце 1999 г. достигала 750 МГц) и Alpha фирмы Compaq (с тактовой частотой 1 ГГц) выпускаются по 0, 18 мкм-технологии.

Считается, что переход на 0, 13 мкм-технологию позволит повысить тактовую частоту МП до 1, 3 ГГц. В то же время фирма Texas Instruments с 1998 г. осваивает 0, 07 мкм-технологию.

Микропроцессоры фирмы Intel, начиная с Pentium 2, имеют ядро, выполненное в виде RISC-процессора, и аппаратный транслятор команд х86 в RISC-команды.

В персональных ЭВМ нашли применение не только микропроцессоры фирмы Intel. Крупнейшими производителями аналогов микропроцессорам Intel (клонов) являются фирмы Cyrix и AMD.

Фирма Cyrix выпускает микропроцессоры М-1 и М-2, аналогичные Pentium, но превосходящие его по производительности. Так, М-1 с тактовой частотой 150 МГц по производительности эквивалентен МП Pentium с тактовой частотой 200 МГц.

Фирма AMD, завоевавшая около 30% рынка МП в России, выпускает микропроцессоры К-5, К-6 и К-7, соответствующие по архитектуре Pentium. Причем МП К-7 Thunderbird в 2000 г. работал с тактовой частотой 1 ГГц.

Поскольку огромный объем программного обеспечения разработан для системы команд базового микропроцессора фирмы Intel (i8086), все последующие разработки этой фирмы и фирм, выпускающих клоны, обеспечивают совместимость с базовой моделью.

Структурная схема базовой модели МП фирмы Intel приведена на рис. 5.5.

Условно микропроцессор можно разделить на две части: исполнительный блок (ExecIUion Unit, EU) и устройство сопряжения с системной магистралью (Bus Interface Unit, ВIU).

В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистры общего назначения (РОН). Арифметический блок включает арифметико-логическое устройство, вспомогательные регистры для хранения операндов и регистр флагов.

Восемь регистров исполнительного блока МП (АХ, ВХ, СХ, DX, SP, ВР, SI, DI), имеющих длину, равную машинному слову, делятся на две группы. Первую группу составляют регистры общего назначения - АХ, ВХ, СХ и DX, каждый из которых представляет собой регистровую пару, составленную из двух регистров длиной 0, 5 машинного слова: аккумулятор, или регистр АХ, состоит из регистров АН и AL. Регистр базы (Base Register) ВХ состоит из регистров ВН и BL. Счетчик (Count Register) СХ включает регистры СН и CL. Регистр данных (Data Register) DX содержит регистры DH и DL. Каждый из коротких регистров может использоваться самостоятельно или в составе регистровой пары. Условные названия (аккумулятор, регистр базы, счетчик, регистр данных) не ограничивают применения этих регистров - эти названия говорят о наиболее частом использовании их или об особенности использования того или иного регистра в той или иной команде.

Вторую группу составляют адресные регистры: SP, BP, SI и DI (в старших моделях количество адресных регистров увеличено). Эти регистры активно используются по функциональному назначению и в других целях их применять не рекомендуется.

В качестве адресного регистра часто используется РОН ВХ. Программно допускается использование регистров ВР, DI и SI в качестве регистров для хранения операндов, но отдельные байты в этих регистрах недоступны. Основное их назначение - хранить числовые значения, реализуемые при формировании адресов операндов.

Устройство сопряжения с системной магистралью содержит управляющие регистры, конвейер команд, АЛУ команд, устройство управления исполнительным блоком МП и интерфейс памяти (соединяющий внутреннюю магистраль МП с системной магистралью ПЭВМ).

Управляющие регистры ВIU: CS (указатель командного сегмента), DS (указатель сегмента данных), SS (указатель сегмента стека), ES (указатель дополнительного сегмента) и др. - служат для определения физических адресов ОП - операндов и команд. Регистр IP (Instruction Pointer) является указателем адреса команды, которая будет выбираться в конвейер команд в качестве очередной команды (в отечественной литературе такое устройство называется счетчик команд.) Конвейер команд МП хранит несколько команд, что позволяет при выполнении линейных программ совместить подготовку очередной команды с выполнением текущей.

Рис. 5.5. Структурная схема микропроцессора

К управляющим регистрам МП относится и регистр флагов, каждый разряд которого имеет строго определенное назначение. Обычно разряды регистра флагов устанавливаются аппаратно при выполнении очередной операции в зависимости от получаемого в АЛУ результата. При этом фиксируются такие свойства получаемого результата, как нулевой результат, отрицательное число, переполнение разрядной сетки АЛУ и т.д. Но некоторые разряды регистра флагов могут устанавливаться по специальным командам. Некоторые разряды имеют чисто служебное назначение (например, хранят разряд, " выпавший" из АЛУ во время сдвига) или являются резервными (т.е. не используются).

Все флаги младшего байта регистра устанавливаются арифметическими или логическими операциями МП. Все флаги старших байтов, за исключением флага переполнения, устанавливаются программным путем. Для этого в МП имеются команды установки флагов (STC, STD, STI), сброса (CLC, CLD, CLI), инвертирования (CMC).

Контрольные вопросы

1. По каким характеристикам классифицируются микропроцессоры?

2. В чем отличие RISC- процессора от CISC- процессора?

3. Фирмы – изготовители МП.

4. Базовый тип МП для IBM-совместимых машин

5. В чем отличие базовой системы команд от расширенной?

6. Что такое система виртуальных машин?

7. Идентификация МП (SL, SX, DX и т.п.).

8. Особенности МП Pentium MMX и Pentium Pro фирмы Intel

9. Структура базовой модели МП фирмы Intel

10. Структура и назначение исполнительного блока(EU)

11. Понятие регистра. Регистры общего назначения. Идентификация и назначение

12. Адресные регистры. Идентификация и назначение.

13. Структура и назначение устройства сопряжения с системной магистралью (BIU).

14. Управляющие реггистры ВIU. Идентификация и назначение.

15. Регистр флагов. Структура и назначение.