Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Отечественные микропроцессоры

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Закрытое акционерное общество «МЦСТ», правопреемник ТОО «Московский Центр SPARC-технологий», разрабатывает универсальные высокопроизводительные микропроцессоры и вычислительные комплексы. Опыт его коллектива формировался в течение многих лет, начиная от создания нескольких поколений мощных советских компьютеров «Эльбрус» до выпуска современных вычислительных комплексов этой серии. В них… Читать ещё >

Отечественные микропроцессоры (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

  • Введение
  • 1. ЗАО «МЦСТ»
  • 1.1 Микропроцессор R-500S
  • 1.2 Микропроцессор Эльбрус
  • 1.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+
  • 1.4 Микропроцессор МЦСТ-4R
  • 2. ГУП НПЦ «ЭЛВИС»
  • 2.1 Цифровые сигнальные процессоры
  • Заключение
  • Библиографический список

Когда-то еще советские ЭВМ занимали лидирующую позицию среди своих конкурентов. В это мало верится, но знаменитая БЭСМ-6 (первая в СССР на основе транзисторов и ИС), разработанная под руководством легендарного Сергея Лебедева рассчитывала траекторию полета космического корабля «Союз-19» и американского «Аполлона». Но это было в 70-х, теперь Россия врятли может похвастаться своей компьютерной индустрией. Цель нижеследующего — выяснить, что на сегодняшний день творится с Российским компьютеростроением и ждет его в будущем.

Развал СССР полностью привел в упадок наше высокотехнологическое производство, однако оставались научные центры, которые не переставали вести разработки. В этой курсовой работе я рассмотрю два таких центра: ЗАО «МЦСТ» и ГУП НПЦ «ЭЛВИС» .

микропроцессор российский сигнальный цифровой

1. ЗАО «МЦСТ»

Закрытое акционерное общество «МЦСТ», правопреемник ТОО «Московский Центр SPARC-технологий», разрабатывает универсальные высокопроизводительные микропроцессоры и вычислительные комплексы. Опыт его коллектива формировался в течение многих лет, начиная от создания нескольких поколений мощных советских компьютеров «Эльбрус» до выпуска современных вычислительных комплексов этой серии. В них реализованы передовые принципы компьютерной архитектуры, используются созданные высокоэффективные оптимизирующие компиляторы, обеспечивается двоичная совместимость с платформой х86 и защищенность программирования, существенно развиты возможности стандартных операционных систем. Особое внимание в проектах предприятия уделяется достижению максимальной скорости вычислений и надежности вычислительных средств. Благодаря этим свойствам, разработанные компанией вычислительные средства стали основой и определены для дальнейшего применения в ряде систем государственного значения. В настоящее время серийная продукция ЗАО «МЦСТ» включает микропроцессоры собственной разработки, процессорные модули и вычислительные комплексы на их базе.

Разработаны и серийно выпускаются:

· двухядерный микропроцессор «МЦСТ R-500S» с архитектурой, совместимой со SPARC (0.13 мкм)

· процессорный модуль «МВС/С» на основе четырех систем на кристалле «МЦСТ R-500S»

· микропроцессор «Эльбрус» с разработанной компанией архитектурой Е2К (0.13 мкм)

· вычислительный комплекс (ВК)" Эльбрус-3М1″ на базе микропроцессора «Эльбрус»

1.1 Микропроцессор R-500S

Рисунок 1 — Микропроцессор R500S

Микросхема R-500S представляет собой двухпроцессорную систему на кристалле со встроенными кэшем второго уровня, контроллером оперативной памяти и контроллерами периферийных каналов. Она является наиболее производительной отечественной универсальной системой на кристалле с процессорным ядром архитектуры SPARC. Микросхема разработана по технологическим нормам 0,13 мкм с использованием библиотек стандартных элементов.

В микросхеме реализованы функции и режимы, обеспечивающие:

· организацию параллельных вычислений;

· аппаратную поддержку организации многоуровневой памяти;

· организацию многомашинных комплексов;

· полную программную совместимость с архитектурой SPARC V8;

· отказоустойчивость;

· исправление одиночных и обнаружение двойных ошибок в используемых встроенных памятях и в оперативной памяти, контроль по четности встроенных памятей, не содержащих уникальной информации.

Рассмотрим основные характеристики системы на кристалле R-500S

Таблица 1: Основные характеристики системы на кристалле R-500S

Характеристики

Значения

Технологический процесс

0,13 мкм

Число разрядов данных при целочисленных операциях

32 (32/64)

Рабочая тактовая частота

500 МГц

Производительность, MIPS/ MFLOPS

1493/391

Емкость кэша команд, КБ

Емкость кэша данных, КБ

Таблица страниц

64 входа

Емкость внутреннего кэша второго уровня, Кбайт

Пиковая пропускная способность канала обмена с памятью

2,667

Пиковая суммарная пропускная способность каналов удаленного доступа, ГБ/с

2,667

Пропускная способность:

— шины PCI, МБ/с

— канала Ethernet, Мбит/с

— шины SCSI-2, МБ/с

— канала RS-232, Кбит/с

115 (x2 канала)

— шины EBus, МБ/с

— канала PS/2, МБ/с

Число транзисторов

51 млн.

Количество слоев металла

Корпус/число выводов

HFC BGA/900

Напряжение питания, В

1,05/2,5/3,3

Рассеиваемая мощность

5 Вт

Микросхема R-500S предназначена для создания высокопроизводительных одноплатных ЭВМ для носимых и встроенных применений.

Рисунок 2 — Блок-схема микропроцессора R-500S

В состав микросхемы R-500S входят следующие основные узлы и компоненты:

· CPU0 и CPU1 — процессорные ядра;

· L2 cache — общая кэш память второго уровня объемом 512 Кбайт;

· SCom — системный коммутатор;

· MC — контроллер оперативной памяти;

· RDMA — контроллер каналов удаленного доступа для связи с другими СнК;

· CPU0 и CPU1 — процессорные ядра;

· MSI — контроллер сопряжения системного и периферийного интерфейсов;

· SCSI — контроллер внешней периферийной шины SCSI;

· Ethernet — контроллер канала Ethernet;

· EBus — периферийная шина EBus;

· LVDS Links — высокоскоростные байтовые каналы;

· SEC — контроллер низкоскоростных байтовых каналов, таймеров и прерываний;

· DDR memory — канал связи с памятью.

Большой набор реализованных в микросхеме интерфейсов позволяет оптимально удовлетворить требования заказчиков вычислительных средств.

1.2 Микропроцессор Эльбрус

Рисунок 3 — Микропроцессор Эльбрус

Микропроцессор «Эльбрус» представляет собой новое поколение высокопроизводительных микропроцессоров, основанных на отечественной архитектуре E2K. Предназначен для построения вычислительных комплексов «Эльбрус-3М1», а также других универсальных или специализированных вычислительных средств.

Новые возможности микропроцессора предусматривают существенное увеличение производительности вычислительных систем:

· широкое командное слово допускает выполнение до 23 операций за такт;

· технология двоичной компиляции, поддерживаемая аппаратно, гарантирует полную, эффективную и надежную совместимость с архитектурой х86;

· аппаратная поддержка типов данных, реализованная в микропроцессоре, обеспечивает защиту программ, простоту их наладки и высокую надежность.

Таблица 2: Основные характеристики микропроцессора «Эльбрус»

Характеристики

Значения

Технологический процесс

0.13 мкм

Рабочая тактовая частота

300 МГц

Пиковая производительность:

64 разряда

32 разряда

16 разрядов

8 разрядов

5,8 млрд. оп/c, 9,5 млрд. оп/с, 12,3 млрд. оп/с, 22,6 млрд. оп/c

Разрядность данных:

целые вещественные

32, 64 32, 64, 80

Кэш-память команд 1-го уровня

64 КБ

Кэш-память данных 1-го уровня

64 КБ

Кэш-память 2-го уровня

256 КБ

Кэш-таблица страниц

512 входов

Пропускная способность шин связи с кэш-памятью

9,6 ГБ/с

Пропускная способность шин связи с оперативной памятью

4,8 ГБ/с

Размеры кристалла

15,0×12,6 мм2

Количество транзисторов

75,8 млн.

Количество слоев металла

Тип корпуса / количество выводов

HFCBGA / 900

Размеры корпуса

31×31×2,5 мм

Напряжение питания

1,05/3,3 В

Рассеиваемая мощность

6 Вт

Рисунок 4 — Структура микропроцессора «Эльбрус»

В состав микросхемы Эльбрус входят следующие основные узлы и компоненты:

· ALU0. ALU5 — арифметико-логические устройства;

· APU — устройство предварительной подкачки массивов;

· APB — буфер предварительной подкачки массивов;

· bypass, bypass A, bypass B — обходные каналы;

· CU — устройство управления;

· PF — предикатный файл;

· IB — буфер команд;

· D$L1 — кэш данных 1-го уровня;

· D$L2 — кэш данных 2-го уровня;

· MAU — устройств организации доступа в оперативную память;

· MMU — устройство организации виртуальной памяти.

Процессор успешно прошел государственные испытания и получил высокую оценку Государственной комиссии. В Акте Комиссии по проведению государственных испытаний отмечается, что архитектура микропроцессора «Эльбрус» является оригинальной отечественной разработкой, отражающей современные тенденции развития вычислительной техники. По архитектурно-логическим решениям микропроцессор «Эльбрус» находится на современном мировом уровне, а по ряду решений превосходит его.

К серийному производству рекомендованы:

· микросхема «Эльбрус-2С+»

· система на кристалле «Эльбрус-S»

· модуль МВ3S/C на базе микросхемы «Эльбрус-S»

1.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+

Рисунок 5 — Микропроцессор Эльбрус-2С+

Эльбрус-2С+ - первый гибридный высокопроизводительный микропроцессор фирмы МЦСТ. Он содержит 2 ядра архитектуры Эльбрус и 4 ядра цифровых сигнальных процессоров (DSP) фирмы Элвис.

Для гибридного процессора реализована версия компилятора с языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах CPU, и процедур для DSP.

Таблица 3: Основные характеристики системы на кристалле Эльбрус-2C+

Характеристики

Значения

Технологический процесс

90 нм

Тактовая частота

500 МГц

Число ядер архитектуры Эльбрус/DSP

2/4

Пиковая производительность микросхемы (CPU + DSP)

64 разряда, GIPS — 64 разряда, GFlops

32 разряда, GIPS — 32 разряда, GFlops — 16 разрядов, GIPS

20 + 2 8 + 0 33 + 16 16 + 12 43 + 48

Кэш-память команд (на ядро), КБ

Кэш-память данных (на ядро), КБ

Кэш-память второго уровня (на ядро), МБ

Встроенная память DSP (на ядро DSP), КБ

Пропускная способность шины связи с кэш памятью, ГБ/с

Пропускная способность шин связи с оперативной памятью, ГБ/с

12,8

Количество каналов межпроцессорного обмена Пропускная способность канала межпроцессорного обмена, ГБ/с Количество каналов ввода-вывода Пропускная способность канала ввода-вывода, ГБ/с

3 4

2 2

Площадь кристалла, мм2

Количество транзисторов

368 млн.

Размеры корпуса, мм

37,5×37,5

Напряжение питания, В

1,0/1,8/2,5

Средняя рассеиваемая мощность

25 Вт

Для гибридного процессора реализована версия компилятора с языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах CPU и процедур для DSP.

Рисунок 6 — Блок-схема микропроцессора Эльбрус-2C+

Основная сфера применения процессора Эльбрус-2С+ - системы цифровой интеллектуальной обработки сигнала, такие как радары, анализаторы изображений и т. п.

В стадии разработки находятся:

· четырехядерная система на кристалле «МЦСТ-4R» с архитектурой процессоров, совместимой со SPARC

· модуль МУП/С для индустриальных применений

· носимый терминал (защищенный ноутбук)

· тонкий клиент

1.4 Микропроцессор МЦСТ-4R

Микросхема «МЦСТ-4R» представляет собой четырехядерную систему на кристалле с встроенными общим кэшем второго уровня, и контроллером когерентности, контроллером канала ввода-вывода, системным коммутатором и контроллерами межсистемного обмена.

Таблица 4: Основные характеристики системы на кристалле МЦСТ-4R

Характеристики

Значения

Процессорное ядро:

Количество процессорных ядер — 4 Тактовая частота — 1 ГГц

Производительность

1.6 GFLOPS

Внутренняя кэш память:

Кэш первого уровня:

команд — 16 КБ данных — 32 КБ Кэш второго уровня — 1.5 Мб

Оперативная память:

Емкость — до 8 Гбайт, Пропускная способность канала — 4.5 ГБ/с

Канал удаленного доступа к подсистеме ввода вывода:

Количество дуплексных каналов — 1 Пропускная способность канала в одном направлении — 2 ГБ/с

Канал межсистемного обмена:

Количество дуплексных каналов — 3 Пропускная способность канала в одном направлении — 2 ГБ/с

Количество транзисторов, млн.

Напряжение питания, В

1,0 для внутренних схем, 2,5 и 3,3 для периферии

Технологический процесс, мкм

0,09

Площадь кристалла, мм2

10×10

Микросхема и разрабатываемые на ее базе процессорные модули МВС4/С, МВС4-РС предназначены к использованию в совместимых с высокопроизводительных вычислительных комплексах для автоматизированных систем управления, а также для создания высокопроизводительных одноплатных ЭВМ носимых и встроенных приложений.

Рисунок 7 — Блок-схема микросхемы МЦСТ-4R

В состав микросхемы МЦСТ-4R входят следующие основные узлы и компоненты:

· CPU0. CPU3 — четыре процессорных ядра;

· L2 cache — кэш память второго уровня;

· CC — контроллер когерентности

· MC — контроллер оперативной памяти DDR2 SDRAM;

· IOCC — контроллер канала ввода-вывода;

· ISCC — контроллеры межсистемного обмена;

· SCom — системный коммутатор.

К областям применения микросхемы «МЦСТ-4R» и модулей МВС4/С, МВС4-РС относятся:

· Носимые малогабаритные ЭВМ для использования в качестве:

компьютеры для работы в полевых условиях, в частности для выполнения оперативных расчетов, хранения справочной информации, подготовки документов различного назначения и др.;

терминала радиоэлектронных и связных систем, передвижных и носимых комплексов аппаратуры, терминала контрольно-поверочной аппаратуры на технических позициях, а также в качестве устройства хранения и подготовки документов, связанных с эксплуатацией сложных комплексов, др. применений.

· ЭВМ автоматизированных рабочих мест операторов для использования в качестве средств отображения, документирования выполняемой работы;

· Встраиваемые управляющие ВК для решения задач обработки информации и управления работой специальных объектов в реальном масштабе времени

· Класс мобильных отказоустойчивых серверов для построения автоматизированных систем специального. назначения, в частности, АС органов управления.

ЗАО «МЦСТ» владеет технологиями проектирования, позволяющими разрабатывать российские компьютеры высокого конструктивно-технологического уровня. В настоящий момент предприятие проектирует следующие виды компьютерной аппаратуры:

2. ГУП НПЦ «ЭЛВИС»

Государственное унитарное предприятие научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» является одним из ведущих Fabless электронных центров проектирования СБИС в России, а также отечественным лидером в области охранных технологий, лауреатом многих национальных премий. Предприятие создано в марте 1990 года на базе структурного подразделения научно-производственного объединения «ЭЛАС», выполнявшего в 1960;80 гг. передовые разработки в области космической электронной техники: от разработки собственных САПР до полностью законченных аппаратно-программных бортовых систем управления и обработки информации космического базирования серий «Салют», в частности, функционировавших на борту станции «МИР». В 1974 г. был разработан первый в СССР КМОП микропроцессорный комплект сверхбольших интегральных схем (СБИС). Всего же было разработано более 400 микросхем.

Среди них:

· серии программируемых сигнальных контроллеров «Мультикор» для применений от мобильных систем связи до высокопроизводительных радарных и гидроакустических комплексов, а также криптографических систем;

· серия программируемых аналого-цифровых ИМС «Мультифлекс» для цифрового преобразования частоты в системах ввода и предобработки сигналов в фазированных антенных решетках, радарах и системах связи;

· серия программируемых элементов системного сопряжения «Мультикор — конструктор» для ИМС серий «Мультикор», которая обеспечит новую концепцию проектирования бортовых встраиваемых систем;

В настоящий момент предприятие выпускает:

· Цифровые сигнальные процессоры

· Телекоммуникационные процессоры

· SDR-приемопередатчики (DDC)

· Микросхемы АЦП

2.1 Цифровые сигнальные процессоры

Микросхемы сигнальных процессоров серии «Мультикор» — это однокристальные программируемые многопроцессорные «системы на кристалле» на базе IP-ядерной (IP — Intellectual Property) платформы.

Таблица 5: Основные характеристики сигнальных процессоров

Микросхема:

МС-12

МС-24

МС-0226

NVCom-01

МС-0428

Технология изготовления

0,25

0,25

0,25

0,13

0,13

Размер кристалла, мм

10×10

10×10

12,3×12,6

8,8×9,5

14×14

Интеграция, млн. транзисторов

Количество процессоров

Рабочая частота

Пиковая производительность, MFLOPs

Год выпуска

;

Рисунок 8 — Структурная схема микросхемы MC-24

В состав микросхемы MC-24 входят следующие основные узлы и компоненты:

· CPU — центральный процессор на основе RISC-ядра;

· CRAM — двухпортовая оперативная память центрального процессора;

· DSP — сопроцессор цифровой обработки сигналов с фиксированной точкой;

· DMA — контроллер прямого доступа в память;

· MPORT — порт внешней памяти;

· SPORT — последовательный порт;

· LPORT — линковый порт;

· UART — универсальный асинхронный порт;

· ICACHE — кэш программ центрального процессора;

· IT — интервальный таймер;

· WDT — сторожевой таймер;

· RTT — таймер реального времени;

· CDB [31: 0] - шина данных CPU;

· DDB [63: 0] - шина данных DMA;

· A [31: 0] - шина адреса порта внешней памяти;

· D [63: 0] - шина данных порта внешней памяти;

· OnCD — встроенные средства отладки программ;

· XRAM, YRAM — памяти данных DSP;

· PRAM — память программ DSP;

· AGU — адресный генератор;

· EDBS — коммутатор внешних шин;

· IDBS — коммутатор внутренних шин;

· PCU — устройство программного управления;

· PAG — генератор адреса программ;

· PDC — программный дешифратор;

· RF — регистровый файл;

· ALU — арифметическое устройство;

· ALUCtr — управление ALU;

· XDB0 — XDB3, GDB, PDB — шина данных DSP;

· XAB, YAB, PAB — адресные шины DSP;

· M, S, A, L — арифметические узлы ALU DSP.

Для разработчиков систем на базе микросхем серии «Мультикор» обеспечивается возможность применения новых адаптивных алгоритмов принятия решений (RLS/LNS алгоритмы), в частности, для адаптивных антенных решеток.

Микросхемы серии могут быть эффективно использованы в следующих приложениях:

· Радиолокационные и гидроакустические системы;

· Фазированные антенные решетки;

· Связь и телекоммуникация: базовые станции, DVB — приемники и т. д.;

· Сигнальная обработка: БПФ, фильтрация, корреляция, быстрая свертка;

· Графические ускорители;

· Мультимедийная обработка изображений и цифровое телевидение;

· Мультимедийная обработка звука;

· Управление объектами с использованием высокоточных адаптивных методов;

· Высокоточная обработка данных для малогабаритных мобильных и встраиваемых систем;

· Системы промышленного контроля.

Заключение

Ситуация на настоящий момент: подписаны контракт на поставку вычислительных комплексов для нужд российской противоракетной и противовоздушной обороны (комплексы С-300 и С-400) и в интересах специфических ведомств, занятых криптографическими исследованиями. Достигнуты принципиальные договоренности по планам развития производства и проектировки процессоров до 2018 г. с постепенным переходом к технологическим нормам 32 нм. По некоторым данным, начата разработка нового восьмиядерного микропроцессора МЦСТ-8R для вычислительных комплексов, которые планируется устанавливать на российские истребители 5-го поколения. Постоянно наращивающийся темп госзакупок в будущем не только позволит оставаться предприятиям «на плаву», но и простимулирует их дальнейшее развитие. На потребительском же рынке отечественные процессоры вряд ли смогут потеснить продукцию таких гигантов как Intel и AMD.

Библиографический список

1. Архитектура SPARC — The SPARC Architecture Manual, Version 8. SPARC International Inc. 1992

2. Архитектура SPARC — http://ru. wikipedia.org/wiki/SPARCstation

3. Микропроцессор «МЦСТ 4R» — Бабаян Б., Ким А., Сахин Ю. Отечественные универсальные микропроцессоры серии МЦСТ-R. Электроника 3/2003

4. Микросхема МС-24 — Микросхема интегральная 1892ВМ8Я. Руководство пользователя

5. ЗАО «МЦСТ» — http://www.mcst.ru/

6. Микропроцессоры серии «Эльбрус» — http://topmods.net/articles /sovremennyye_otechestvennyye_mikroprotsessory

7. ГУП НПЦ «ЭЛВИС» — http://multicore.ru/

8. Современные российские микропроцессоры — http://www.linux.org.ru/ forum/talks/5 031 872

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой