Курсовая теория на тему Микропроцессоры: назначение, состав, история развития и классификация; основные модели; современные архитектуры микропроцессоров и перспективы их развития.

Содержание:

Введение 3
Глава 1. Теоретические аспекты развития микропроцессоров 5
1.1. История создания и развития микропроцессов 5
1.2. Понятие, функции и состав микропроцессов 11
Глава 2. Классификация, модели и архитектуры микропроцессоров на современном этапе 17
2.1. Классификация и основные модели микропроцессов 17
2.2. Современные архитектуры микропроцессоров и перспективы их развития 23
Заключение 28
Список использованной литературы 30

Введение:

Актуальность темы обуславливается тем, что на сегодняшний день компьютер занимает важное место в жизни людей, но не все знают, что такое персональный компьютер, из чего он состоит, как работает.
Человечество проделало огромный путь к созданию вычислительных машин, без которых невозможно представить современное общество со всеми аспектами его жизнедеятельности в сферах промышленности, народного хозяйства и бытового устройства. Но и сегодня прогресс не стоит на месте, открывая новые формы компьютеризации. В центре же технологического развития уже несколько десятилетий находится структура микропроцессора, которая совершенствуется в своих функциональных и конструкционных параметрах.
Сегодня основные лидеры рынка по производству компьютерных процессоров – это две конкурирующие между собой фирмы Intel и AMD.
Научные разработки, связанные с созданием микропроцессоров, играют важную роль в развитии вычислительной техники. Это зависит от интенсивности развития технологий, по которым создаются процессоры компьютеров. Поэтому развитие процессоров, а также самой вычислительной техники, на современном этапе развития имеют перспективные возможности, особенно в области применения нано-технологий.
Степень проработанности темы исследования. Исследования, касаемые в области развития микропроцессоров, представлены в работах: А.В. Лучкина, К.Б. Маликова, О.П. Новожилова, Е.В. Орлова, Г.А. Плесовских, В.В. Романова и др.
Объект исследования – микропроцессоры.
Предмет исследования – назначение, состав, классификация, модели и современные архитектуры микропроцессоров.
Целью исследования является рассмотрение главных особенностей микропроцессоров, а именно: истории, состава, классификации, моделей, современных архитектур и перспективы их развития.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить историю создания и развития микропроцессов.
2. Определить понятие, функции и состав микропроцессов.
3. Охарактеризовать классификацию и основные модели микропроцессов.
4. Описать современные архитектуры микропроцессоров и перспективы их развития.
В работе были использованы такие методы исследования как анализ, синтез, сравнение, обобщение.
Для написания работы были использованы нормативно-правовые акты, специализированная литература, освещающая данный вопрос, периодические издания и научные статьи, материалы Интернета.
Структура и объем курсовой работы. Структура работы обусловлена поставленной целью и задачами. Она состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников.
В первой главе курсовой работы «Теоретические аспекты развития микропроцессоров» раскрывается краткая история создания и развития микропроцессоров. Дается понятие «микропроцессора», выделяются основные функции и состав микропроцессоров.
Во второй главе «Классификация, модели и архитектуры микропроцессоров на современном этапе» дается классификация микропроцессоров, описываются их основные модели и современные архитектуры. Также в данной главе обозначены перспективы развития микропроцессоров.

Заключение:

Центральный процессор – основной компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет процессом вычислений и координирует работу всех устройств ПК. Современные процессоры являются микропроцессорами.
Микропроцессор – устройство обработки цифровой и аналоговой информации, основная часть аппаратного контроля системы, а заодно и главный инструмент, способный проводить арифметические и логические операции, записанные с использованием машинного кода.
Функционально микропроцессор предназначен для решения следующих задач:
1. Поэтапное чтение и расшифровывание команд из основной и оперативной памяти, регистров и адаптеров внешних устройств.
2. Обработка запросов при обслуживании компонентов персонального компьютера.
3. Синхронизация данных на накопителях данных.
4. Генерация сигналов управления узлами и блоками ПК.
К основным характеристикам микропроцессора относятся: тактовая частота; разрядность; система команд; объем адресуемой памяти.
Основными компонентами микропроцессора являются: АЛУ, УУ, ЗУ, шины данных и адресные шины, регистры, устройства ввода и вывода.
Существует множество различных классификаций микропроцессоров:
1. В соответствии с их архитектурой: CISC, RISC, VLIW, MISC
2. По внутренней структуре выделяют два основных принципа построения микропроцессоров: архитектура Фон-Неймана и гарвардская архитектура.
3. По числу больших интегральных схем: однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.
4. По области применения: микроконтроллеры, универсальные, сигнальные.
5. По системе команд микропроцессоры: аккумуляторные и микропроцессоры с регистрами общего назначения
6. По характеру временной организации работы: синхронные и асинхронные
7. По организации структуры микропроцессорных систем: одномагистральные и многомагистральные
8. По количеству выполняемых программ различают: однопрограммные и многопрограммные или мультипрограммные.
Современными производителями микропроцессоров для ПК выступают компании Intel и AMD.
Принципы создания микропроцессоров претерпели немного изменений с момента появления первых вычислительных устройств. Менялись характеристики, конструкции и требования к ресурсному обеспечению, что кардинально изменило ЭВМ, однако общая концепция с базовыми правилами организации функциональных блоков по большей части сохраняется прежней. Тем не менее на будущее развития структуры микропроцессора могут оказать влияние нанотехнологии и появление квантовых вычислительных систем. Сегодня подобные направления рассматриваются на теоретическом уровне, но крупные корпорации активно работают над перспективами практического использования новых логических схем на инновационных технологиях. Например, в качестве возможного варианта дальнейшего развития микропроцессоров не исключено применение молекулярных и субатомных частиц, а традиционные электрические цепи могут уступить место системам направленного вращения электронов. Это позволит создавать микроскопические процессоры с принципиально новой архитектурой, эксплуатационные характеристики которой многократно будут превосходить сегодняшние микропроцессоры.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1.1. История создания и развития микропроцессов

Центральный процессор персонального компьютера (ПК) имеют достаточно интересную историю происхождения. Поэтому рассмотрим ключевые моменты эволюции разработки процессора ПК.
Видение структуры процессора ПК с каждым поколением изменилось. Так, первое и второе поколение характеризовалось наличием компонентов, которые состояли из множества раздельных блоков, не похожих по решаемым задачам. Но уже с третьего поколения функции ПК начали рассматривать в более узком контексте. Исходя из этого контекста, основные функции объединялись в одном устройстве и заключались в распознавании и интерпретации машинных команд, занесении их в регистры, управлении остальными аппаратными компонентами компьютера.
По мнению В.Ф. Мелехина, со временем в состав ПК внедряли различные девайсы, которые получили название как «микропроцессор». Первый микропроцессор был выпущен американской корпорацией в 1971 г. и имел название Intel 4004.
Он был создан компанией Intel, в частности Тедом Хоффа. Тактовая частота данного четырехразрядного процессора была 740 КГц, его быстродействие – 92000 операций в секунду, состояло из 2250 транзисторов. Сама технология производства – 10 мкм. Одной из важных характеристик микропроцессора было содержание 4 Кб памяти программ и 640 байт памяти данных, 16 индексных регистров [1, с.134].
Первый микропроцессор заменял набор узкоспециализированных микросхем, которые использовались в калькуляторах и других несложных вычислительных машинах. Из-за узкоспециализированности данных микросхем необходимо было дорабатывать их или выпускать новые типы. Например, в калькуляторе было использовано двенадцать микросхем. Тед Хофф заменил их часть на универсальную микросхему – процессор, использующийся в разных устройствах без каких-либо доработок. Создание универсального процессора происходило в течение двух лет. Но данный процессор считается не первым. Так, по мнению Д.В. Иргетова, в 1970 году, военные разработали процессор F14 CADC, который был засекреченным. Поэтому из-за неразглашенности процессор Intel 4004 считают первым коммерчески доступным однокристальным процессором [2, с.63].
В.В. Романов отмечает, что в 1972 г. был выпущен последний четырехразрядный микропроцессор i4040 (он следовал за i4004). Данный процессор отличался только большей скоростью. Через год компания Intel разработала более совершенный восьмиразрядный вариант i8008 [17]. Изначально, восьмиразрядные процессоры должны были быть использованы в калькуляторах, а также в устройствах ввода-вывода и закаточных машинках, но, их назначение изменилось и их начали использовать в качестве центрального процессора ПК (Mark-8 и Scelbi-8N).
Н.Н. Горнец в своей работе отмечает то факт, что после разработки в 1974 г микропроцессора Intel 8080 был разработан еще целый набор микросхем, которые облегчали использование процессора. На основе данных процессоров построили следующие компьютеры: Altair 8800, IMSAI 8080, CompuColor II и др. [1, с.135].
Следующий этап развития процессоров ПК отмечен созданием микропроцессора i8085. Его тактовую частоту увеличили до 5 МГц. Его регистровая архитектура и программная совместимость были сохранены, а было изменено количество транзисторов – их стало 6500 при технологии изготовления 3 мкм [8, с.291].
Далее начали создаваться шестнадцатиразрядные процессоры Intel 8086 (8 июня 1978 г.). Данная линейка процессоров отличалась дороговизной и редкостью, поэтому они долго не применялись в ПК. По словам О.В. Шишова, выпускались шестнадцатиразрядные процессоры с восьмиразрядной шиной данных – Intel 8088. Это было необходимо для увеличения конкурентоспособности шестнадцатиразрядных процессоров фирмы Intel. Но наблюдалось использование компьютеров, которые содержали процессоры Intel 8086, – Mycron 2000, Compaq DeskPro и др. [15].