Основные характеристики микропроцессоров ПК

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Информатика»

• Введение
• 1. Теоретическая часть
• 1.1 Определение микропроцессора
• 1.2 Классификация микропроцессоров
• 1.3 Структура микропроцессора ПК
• 1.4 Основные характеристики микропроцессоров ПК
• 1.5 Заключение
• 2. Практическая часть
• 2.1 Общая характеристика задачи
• 2.2 Описание алгоритма решения задачи
• Список используемой литературы

Важнейший компонент любого персонального компьютера — это микропроцессор, который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации.

В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются при обработке звука и изображения. Из всего выше сказанного, я считаю, что тема данной работы актуальна и значима на сегодняшний день.

Цель данной работы — рассмотреть классификацию, структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

раскрыть основные понятия темы;

дать общую схему классификации микропроцессоров;

рассмотреть структуру и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Практическая часть работы предполагает решение экономической задачи с использованием пакета прикладных программ на ПК.

1. Теоретическая часть

1.1 Определение микропроцессора

Создание фирмой Intel первого микропроцессора в 1971 году положило начало эпохе компьютеризации. За чуть более чем четвертьвековую историю микропроцессоры прошли поистине гигантский путь. Первый чип Intel 4004 работал на частоте 750 кГц, содержал 2300 транзисторов и стоил около 200 $. Производительность его оценивалась в 60 тыс. операций в секунду. На сегодняшний день рекордные показатели принадлежат микропроцессорам Alpha 21 264 фирмы DEC и составляют: 600 МГц, 15,2 млн. транзисторов, 2 млрд. операций в секунду. Стоят они около 300 $. [3]

Такое интенсивное развитие технологий в обществе, где основным предметом труда становится информация, — следствие растущего спроса на новые орудия труда — компьютеры. На сегодняшний день компьютеризация является одним из главных направлений научно-технического прогресса и концентрированным его выражением. Количество и качество производимых в стране компьютеров, степень насыщенности вычислительной техникой самых разных отраслей становится одним из основных критериев ее экономического и военного потенциала. [3]

Микропроцессор (МП) — это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов. [2]

Основные функции процессора: выработка синхронизирующих сигналов; формирование исполнительных адресов для обращения к оперативной памяти; организация обмена информацией между оперативной памятью и внешними устройствами; организация многопрограммной работы.

В микропроцессорах — наиболее сложных микроэлектронных устройствах — воплощены самые передовые достижения инженерной мысли. В условиях свойственной данной отрасли производства жесткой конкуренции и огромных капиталовложений выпуск каждой новой модели микропроцессора, так или иначе, связан с очередным научным, конструкторским, технологическим прорывом.

В микропроцессорах нашли отражение высокие научно-технические достижения в области физики твердого тела, кристаллографии, радиотехники и электроники, математики и автоматизации, кибернетики и электроники. Известны различные применения микропроцессоров. Важнейшими из них являются: автоматизация электротехнического оборудования, управление производством, физическое и математическое моделирование, обработка результатов экспериментов, управление приборами и искусственными органами в медицине, обеспечение безопасности движения на транспорте и т. д. [3]

1.2 Классификация микропроцессоров

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для получения многокристального микропроцессора необходимо провести разбиение его логической структуры на функционально законченные части и реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора при функциональном разбиении ее вертикальными плоскостями.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т. е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры — цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов.

По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные.

Синхронные микропроцессоры — микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции.

По организации структуры микропроцессорных систем различают микроЭВМ одно — и многомагистральные.

В одномагистральных микроЭВМ все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подключаются к своей информационной магистрали. Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям. Такая организация систем усложняет их конструкцию, однако увеличивает производительность.

По количеству выполняемых программ различают одно — и многопрограммные микропроцессоры.

В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В много — или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ.

1.3 Структура микропроцессора ПК

В состав микропроцессора входят следующие устройства (рис. 1.3.1):

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. [5]

2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера и выполняет следующие основные функции:

· формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

· формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

· получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов. [5]

3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. [5]

4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера и включает в себя:

· внутренний интерфейс микропроцессора;

· буферные запоминающие регистры;

· схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной (порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору, другое устройство.) [5]

Рис. 1.3.1 Структура микропроцессора:

РОН — регистры общего назначения; РгБ — буферный регистр; РгСдв — сдвиговый регистр; АЛУ — арифметико-логическое устройство; УУВО — устройство управления выполнением операций; ДшК — дешифратов команд; РгК — регистр команд; ПС — программный счетчик; БД — буфер данных; БА — буфер адреса; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ЗУК — запоминающее устройство команд.

К микропроцессору и системной шине наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления тригонометрических функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие компьютера.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств, освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.

Прерывание — это временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в микропроцессор.

1.4 Основные характеристики микропроцессоров ПК

Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя главными характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Рассмотрим характеристики процессоров более подробно.

1. Тип микpопpоцессоpа.

Тип установленного в компьютеpе микpопpоцессоpа является главным фактоpом, опpеделяющим облик ПК. Именно от него зависят вычислительные возможности компьютеpа. В зависимости от типа используемого микpопpоцессоpа и опpеделенных им аpхитектуpных особенностей компьютеpа pазличают пять классов ПК:

· компьютеры класса XT;

· компьютеpы класса AT;

· компьютеpы класса 386;

· компьютеpы класса 486;

· компьютеpы класса Pentium.

2. Тактовая частота микpопpоцессоpа — указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

3. Быстpодействие микpопpоцессоpа — это число элементаpных опеpаций, выполняемых микpопpоцессоpом в единицу вpемени (опеpации/секунда).

4. Разpядность пpоцессоpа — максимальное количество pазpядов двоичного кода, котоpые могут обpабатываться или пеpедаваться одновpеменно.

5. Аpхитектуpа микpопpоцессоpа.

Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.

В соответствии с аpхитектуpными особенностями, опpеделяющими свойства системы команд, pазличают:

· микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;

· микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;

· микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;

· микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

1.5 Заключение

ЭВМ получили широкое распространение, начиная с 50-х годов. Прежде это были очень большие и дорогие устройства, используемые лишь в государственных учреждениях и крупных фирмах. Размеры и форма цифровых ЭВМ неузнаваемо изменились в результате разработки новых устройств, называемых микропроцессорами.

В данной работе объектом изучения послужили микропроцессоры ПК. Были раскрыты основные понятия, используемые в выбранной теме; дана классификация микропроцессоров и краткая характеристика их элементов; рассмотрена структура и основные характеристики микропроцессоров ПК.

Успехи, достигнутые за время существования микропроцессора, четверть века назад невозможно было и вообразить. Если так будет продолжаться и впредь, то, вполне возможно, к 2011 г. микропроцессоры будут работать на тактовой частоте 10 гигагерц (ГГц). При этом число транзисторов на каждом таком процессоре достигнет 1 миллиарда, а вычислительная мощность — 100 миллиардов операций в секунду. Трудно себе даже представить, насколько возросшая мощь процессоров расширит сферу их применения, причем не только в бизнесе и в области коммуникаций. Как дома, так и на рабочих местах возникнет новая информационная среда, откроются невиданные ранее возможности.

Будущее микропроцессорной техники связано сегодня с двумя новыми направлениями — нанотехнологиями и квантовыми вычислительными системами. Эти пока еще главным образом теоретические исследования касаются использования в качестве компонентов логических схем молекул и даже субатомных частиц: основой для вычислений должны служить не электрические цепи, как сейчас, а положение отдельных атомов или направление вращения электронов. Если «микроскопические» компьютеры будут созданы, то они обойдут современные машины по многим параметрам.

микропроцессор тактовая частота быстродействие

2. Практическая часть

2.1 Общая характеристика задачи

В бухгалтерии предприятия ООО «Гамма» производится расчет налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам, и формирование платежных ведомостей. Данные для выполнения расчета вычетов приведены на рис. 2.1.1 Стандартный налоговый вычет предоставляется каждому сотруднику в размере 400 руб. до тех пор, пока совокупный доход с начала года не превысит 50 000 руб., налоговый вычет на ребенка предоставляется в размере 600 руб. НДФЛ — налог на доходы физических лиц (13%) рассчитывается с начисленной суммы за минусом размера налогового вычета.

1. Построить таблицы по приведенным ниже данным.

2. Выполнить расчет размера налогового вычета, предоставляемого сотрудникам в текущем месяце, результаты вычислений представить в таблице (рис. 2.1.2).

3. Сформировать и заполнить форму расчетной ведомости по заработной плате за текущий месяц (рис. 2.1.3).

4. Результаты расчета заработной платы за текущий месяц представить в графическом виде.

Рис. 2.1.1 Данные для расчета налоговых вычетов

Рис. 2.1.2 Размер налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам в текущем месяце

Рис. 2.1.3 Расчетная ведомость

2.2 Описание алгоритма решения задачи

1. Запустить табличный процессор MS Excel.

2. Создать книгу с именем «Гамма» .

3. Лист 1 переименовать в лист с названием Доход.

4. На рабочем листе Доход MS Excel создать таблицу данных для расчета налоговых вычетов.

5. Заполнить таблицу данных для расчета налоговых вычетов исходными данными (рис. 2.2.1).

Рис. 2.2.1 Расположение таблицы «Данные для расчета налоговых вычетов» на рабочем листе Доход MS Excel

6. Лист 2 переименовать в лист с названием Налоговый вычет.

7. На рабочем листе Налоговый вычет MS Excel создать таблицу, в которой будут содержаться размеры налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам в текущем месяце.

8. Заполнить таблицу с размерами налоговых вычетов исходными данными (рис. 2.2.2).

Рис. 2.2.2 Расположение таблицы «Размер налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам в текущем месяце» на рабочем листе

Налоговый вычет

9. Заполнить графу Размер налогового вычета за текущий месяц таблицы «Размер налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам в текущем месяце», находящемся на листе Налоговый вычет следующим образом:

Занести в ячейку D3 формулу:

=ЕСЛИ (Доход! C3<=50 000; СУММ (B3; ПРОИЗВЕД (C3*600)); ПРОИЗВЕД (C3; 600)). Размножить введенную в ячейку D3 формулу для всех остальных ячеек (с D4 по D7) данной графы (рис. 2.2.3).

Рис. 2.2.3 Расположение таблицы «Размер налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам в текущем месяце» на рабочем листе Налоговый вычет в режиме отображения формул

10. Разработать структуру шаблона Расчетной ведомости (рис. 2.2.4)

Рис. 2.2.4 Структура шаблона Расчетной ведомости

11. Лист 3 переименовать в лист с названием Ведомость.

12. На рабочем листе Ведомость MS Excel создать форму расчетной ведомости (рис. 2.2.5).

Рис. 2.2.5 Расположение Расчетной ведомости на рабочем листе Ведомость MS Excel

13. Путем создания межтабличных связей заполнить колонки Начислено за месяц и Размер налогового вычета созданной формы расчетной ведомости данными из таблиц «Данные для расчета налоговых вычетов» и «Размер налоговых вычетов, предоставляемых сотрудникам в текущем месяце» (рис. 2.2.6)

Рис. 2.2.6 Расположение Расчетной ведомости на рабочем листе Ведомость MS Excel

14. Заполнить графу НДФЛ формы расчетной ведомости, находящейся на листе Ведомость следующим образом:

=СУММ (C7-D7) *13%.

Размножить введенную в ячейку E7 формулу для остальных ячеек (с E8 по E11) данной графы (рис.7).

15. Заполнить графу К выплате формы расчетной ведомости, находящейся на листе Ведомость следующим образом:

=СУММ (C7-E7).

Размножить введенную в ячейку F7 формулу для остальных ячеек (с F8 по F11) данной графы (рис. 2.2.7).

Рис. 2.2.7 Рабочий лист Ведомость MS Excel, представленный в виде отображения формул Рис. 2.2.8 Расчетная ведомость

16. Лист 4 переименовать в лист с названием График.

17. Результаты расчета заработной платы за текущий месяц представить в графическом виде (рис. 2.2.9)

Рис. 2.2.9 Графическое представление результатов расчета заработной платы за текущий месяц

Список используемой литературы

1. Артемова С. В. Информатика: Учебное пособие. Ч.1. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2001.

2. Ершова Н. Ю., Ивашенков О. Н., Курсков С. Ю. Микропроцессоры. — http://dfe3300. karelia.ru/koi/posob/microcpu/index.html

3. Иванько А. Ф. Структура и архитектура микропроцессоров современных персональных электронных вычислительных машин. — http://www.hi-edu.ru/x-books/glblinks/files/refs. htm

4. Информатика: Методические указания по выполнению курсовой работы для самостоятельной работы студентов II курса (первое высшее образование). — М.: Вузовский учебник, 2006.

5. Калошина Р. О. Микропроцессоры. — http://fio. ifmo.ru/archive/group19/c3wu6/lesson2.html

6. Майстренко А. В. Информатика: Учебное пособие. Ч.1. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002.

7. Экономическая информатика и вычислительная техника: Учебник/Под ред. В. П. Косарева, А. Ю. Королева. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Финансы и статистика, 1996. — 336с.