Отечественные микропроцессоры

• 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

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»

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+

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

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

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