Вступ
AMD і Intel сьогодні намагаються випускати продукти для максимального числа сегментів ринку, причому, на основі мінімально можливого асортименту кристалів. Прекрасний приклад - лінійка процесорів Intel Core 2 Duo. Тут є три процесори з кодовими назвами для різних ринків: Merom для мобільних додатків, Conroe - настільна версія, Woodcrest - серверна версія. Всі три процесори побудовані на одній технологічній основі, що дозволяє виробникові приймати рішення на останніх етапах виробництва. Можна ввімкнути або вимкнути функції, а поточний рівень тактових частот дає Intel прекрасний відсоток виходу придатних кристалів. Якщо на ринку підвищився попит на мобільні процесори, Intel може сфокусуватися на випуску моделей Socket 479. Якщо зріс попит на настільні моделі, то компанія буде тестувати, валідувати і упаковувати кристали для Socket 775, в той час як серверні процесори упаковуються під Socket 771. Зараз створюються чотирьохядерні процесори: два двоядерних кристала встановлюються в одну упаковку.
Корпорація Intel представила перші в галузі чотириядерних процесорів, призначені спеціально для багатопроцесорних серверів, на яких виконуються додатки, вимогливі до продуктивності, надійності і масштабованості. Такі програми зазвичай працюють в віртуалізованих середовищах, які дозволяють консолідувати сервери і бази даних, оптимізувати планування і використання обчислювальних та інтелектуальних ресурсів підприємства.
Шість нових моделей чотириядерних процесорів Intel Xeon серії 7300, що за оцінкою компанії, мають продуктивність в два рази вище, а продуктивність на один ват споживаної потужності в три рази вище, ніж чотириядерні процесори Intel попереднього покоління.
У серії 7300 представлені енергоефективні процесори з різними наборами характеристик: з частотою до 2,93 ГГц і споживаної потужністю 130 Вт, кілька 80-ватних процесорів, а також 50-ватна версія з частотою 1,86 ГГц, оптимізована для чотирипроцесорних серверів з високою щільністю монтажу і компактних стоєчних серверів. У наборі мікросхем Intel 7300 реалізована технологія Data Traffic Optimizations і інші передові технології, на базі яких побудована збалансована платформа, що дозволяє оптимізувати обмін даними між процесорами, пам'яттю і підсистемою введення / виводу.
Нова професійна серверна платформа Intel поєднує мікроархітектуру Intel Core, високопродуктивні чотириядерні процесори і технологію Intel Virtualization Technology. Крім подвоєння кількості обчислювальних ядер, процесори серії 7300 і набір мікросхем Intel 7300 підтримують обсяг пам'яті, в чотири рази перевищує аналогічний показник, характерний для попередніх багатопроцесорних платформ Intel.
Очікується, що з сьогоднішнього дня більше 50 виробників систем почнуть поставки серверів на базі процесорів Intel Xeon серії 7300. Серед них можна назвати Dell, Egenera, Fujitsu, Fujitsu-Siemens, Hitachi, HP, IBM, NEC, Sun, Supermicro і Unisys.
Складовою частиною будь-якого процесора є арифметично-логічний пристрій (АЛП) (англ. Arithmetic and logic unit, ALU) - блок процесора, який служить для виконання арифметичних і логічних перетворень над словами, званими в цьому випадку операндами.
Сучасні ЕОМ загального призначення зазвичай реалізують операції всіх наведених вище груп, а малі і мікро ЕОМ, мікропроцесори і спеціалізовані ЕОМ часто не мають апаратури арифметики чисел з плаваючою точкою, десятковим арифметики і операцій над алфавітно-цифровими полями. У цьому випадку ці операції виконуються спеціальними підпрограмами. До арифметичним операціям ставляться додавання, віднімання, віднімання модулів ( «короткі операції») і множення і ділення ( «довгі операції»). Групу логічних операцій складають операції диз'юнкція (логічне АБО) і кон'юнкція (логічне І) над багаторозрядними двійковими словами, порівняння кодів на рівність. Спеціальні арифметичні операції включають в себе нормалізацію, арифметичний зсув (зсуваються тільки цифрові розряди, знаковий розряд залишається на місці), логічний зрушення (знаковий розряд зсувається разом з цифровими розрядами). Широка група операцій редагування алфавітно-цифрової інформації.
Арифметико-логічний пристрій функціонально можна розділити на дві частини:
а) микропрограммное пристрій (пристрій управління), який задає послідовність мікрокоманд (команд);
б) операційний пристрій (АЛУ), в якому реалізується задана послідовність мікрокоманд (команд).
Складність логічної структури АЛУ певною мірою можна охарактеризувати кількістю відрізняються один від одного мікрооперацій, необхідних для виконання всього комплексу завдань, поставлених перед АЛУ. На вході кожного регістру зібрані відповідні логічні схеми, що забезпечують такі зв'язки між регістрами, що дозволяють реалізувати заданий набір мікрооперацій.
Виконання операцій над словами зводиться до виконання послідовності мікрокоманд, які керують передачею слів в АЛУ і діями по перетворенню слів.Порядок виконання мікрокоманд визначається алгоритмом виконання операцій. Отже, зв'язки між регістрами АЛУ і функції, які повинні виконувати регістри, залежать в основному від прийнятої методики виконання операцій: арифметичних, логічних та спеціальної арифметики.
Перелік операцій, які виконуються в АЛП, залежить від призначення цифрової обчислювальної машини і від функцій, які виконуються АЛП при забезпеченні роботи інших пристроїв машини. При поданні операцій у вигляді послідовностей мікрооперацій АЛУ має складатися з елементів; реалізують ці мікрооперації.
Таким чином, структура АЛУ визначається набором мікрооперацій, необхідних для виконання заданих арифметичних, логічних і спеціальних операцій, а завдання побудови АЛУ можна звести до задачі
Спільна частина
Определение мікропроцесора
Мікропроцесор - центральний пристрій (або комплекс пристроїв) ЕОМ (або обчислювальної системи), яке виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, керує обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовуючих, сортувальних, введення - виведення, підготовки даних і ін .). В обчислювальній системі може бути кілька паралельно працюючих процесорів; такі системи називають багатопроцесорними.Наявність декількох процесорів прискорює виконання однієї великої або декількох (в тому числі взаємопов'язаних) програм. процесор чіп швидкодію розрядність
Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодія і розрядність. Швидкодія - це число виконуваних операцій в секунду.Розрядність характеризує обсяг інформації, який мікропроцесор обробляє за одну операцію: 8-розрядний процесор за одну операцію обробляє 8 біт інформації, 32-розрядний - 32 біта. Швидкість роботи мікропроцесора багато в чому визначає швидкодія комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що надходять в комп'ютер і зберігаються в його пам'яті, під керуванням програми, також зберігається в пам'яті. Персональні комп'ютери оснащують центральними процесорами різних потужностей.
У комп'ютерах команди виконуються послідовністю 1мікрооперацій елементарних дій в одному машинному такті), наприклад, інкремент (збільшення), декремент (зменшення) слова, зсув, інверсія, пересилання слова і т. ін. Електронні схеми, призначені для виконання мікрооперацій, азиваються типовими функціональними вузлами комп'ютера.
За логікою роботи функціональні вузли поділяють на комбінаційні (автомати без пам'яті) і накопичувальні (автомати з пам'яттю).
У комбінаційних вузлах стан виходів залежить тільки від комбінації вхідних сигналів у певний момент часу. До комбінаційних типових функціональних вузлів належать:
двійкові та двійково-десяткові суматори - призначені для додавання двох двійкових або двійково-десяткових чисел;
дешифратори - використовуються для дешифрації вхідного двійкового позиційного коду;
шифратори - перетворюють вхідний унітарний код у вихідний двійковий позиційний;
мультиплексори - комутатори множини вхідних ліній на єдину вихідну;
демультиплексори - комутатори єдиної вхідної лінії на одну із множини вихідних;
компаратори - виробляють ознаки порівняння слів на: дорівнює, більше, менше;
схеми контролю за модулем два - використовуються для контролю інформації в процесах зберігання, передачі та виконання операцій;
перетворювачі кодів - призначені для перетворення коду з однієї форми в іншу, наприклад, прямого коду в доповняльний.
У накопичувальних вузлах логічний стан виходів визначається як комбінацією вхідних сигналів, так і станом пам'яті в певний момент часу. До накопичувальних (послідовнісних) типових функціональних вузлів належать:
регістри - призначені для записування, тимчасового зберігання і видачі двійкової інформації;
лічильники - призначені для рахування імпульсів.
Типи логіки
Розвиток мікроелектроніки сприяло розвитку малогабаритних, високонадійних і економічних пристроїв на підставі цифрових ІМС Вимоги збільшення швидкодії та зменшення споживаної потужності обчислювальних пристроїв привели до створення серій цифрових мікросхем. За час розвитку цифрових мікросхем базові типи логіки розвивалися в наступній послідовності:
1. діод-транзисторна логіка (ДТЛ);
2. транзисторних-транзисторна логіка (ТТЛ);
3. емітерний-пов'язана логіка (ЕСЛ);
4. транзисторних-транзисторна логіка з діодами Шотткі;
5. інтегрально-инжекционная логіка (ІІЛ);
На даний момент найбільшого поширення набули схеми із застосуванням елементів ТТЛ. Це викликано тим, що ІМС на елементах ТТЛ при відносно невеликій споживаної потужності мають досить високу швидкодію. Використання в ІМС на елементах ТТЛ переходів Шотки ще більш збільшило швидкодію схем і дало можливість створювати малопотужні швидкодіючі ІМС.
Для курсового проекту є мікросхема серії К1533
Цей комплекс мікросхем виконаний по ТТЛ - технології, характеризуються архітектурним єдністю, яке забезпечується автономністю і функціональної закінченістю окремих мікросхем, уніфікацією їх інтерфейсу, можливість програмування мікросхем, їх логічної і електричної сумісністю. Низька швидкодія і низьке споживання - SN74ALS забезпечують широке застосування при створенні засобів обчислювальної техніки.
Ці мікросхеми в робочому стані матимуть температуру свого корпусу -50º, а можуть витримувати температуру до -70º, тому ці мікросхеми найбільш зручні для застосування в бортовій апаратурі на високою висоті при низьких температурах.
Вибираемо мікросхему з серії К1533
Таблиці
Таблиця 1.Операції виконувані АЛУ
Так як в даному модулі конденсатори необхідні для блокування низькочастотних перешкод, що надходять на схему по шині харчування, і як такі не беруть участь в роботі мультиплексора, то доцільно використовувати низьковольтні конденсатори. Результати порівняння параметрів конденсаторів приведені в таблиці 1.3.
Таблиця.2
Порівняння параметрів конденсаторів
Розрахункова частина
Висновок
При виконанні курсової роботи було розібрано що таке АЛУ які функції та операціх він виконує його класмфикацію та основи побудови АЛУ, а також які типи логіки АЛУ існують.Також було розібрано що таке мікропроцесор його склад в який входить арифметико-логічний пристрій и які фонкції виконує.
Були проведені розрахунки хавдяки яким ми можемо дізнатись частоту коливань блока та оцінити рівент уніфікації блока.
Вступ
AMD і Intel сьогодні намагаються випускати продукти для максимального числа сегментів ринку, причому, на основі мінімально можливого асортименту кристалів. Прекрасний приклад - лінійка процесорів Intel Core 2 Duo. Тут є три процесори з кодовими назвами для різних ринків: Merom для мобільних додатків, Conroe - настільна версія, Woodcrest - серверна версія. Всі три процесори побудовані на одній технологічній основі, що дозволяє виробникові приймати рішення на останніх етапах виробництва. Можна ввімкнути або вимкнути функції, а поточний рівень тактових частот дає Intel прекрасний відсоток виходу придатних кристалів. Якщо на ринку підвищився попит на мобільні процесори, Intel може сфокусуватися на випуску моделей Socket 479. Якщо зріс попит на настільні моделі, то компанія буде тестувати, валідувати і упаковувати кристали для Socket 775, в той час як серверні процесори упаковуються під Socket 771. Зараз створюються чотирьохядерні процесори: два двоядерних кристала встановлюються в одну упаковку.
Корпорація Intel представила перші в галузі чотириядерних процесорів, призначені спеціально для багатопроцесорних серверів, на яких виконуються додатки, вимогливі до продуктивності, надійності і масштабованості. Такі програми зазвичай працюють в віртуалізованих середовищах, які дозволяють консолідувати сервери і бази даних, оптимізувати планування і використання обчислювальних та інтелектуальних ресурсів підприємства.
Шість нових моделей чотириядерних процесорів Intel Xeon серії 7300, що за оцінкою компанії, мають продуктивність в два рази вище, а продуктивність на один ват споживаної потужності в три рази вище, ніж чотириядерні процесори Intel попереднього покоління.
У серії 7300 представлені енергоефективні процесори з різними наборами характеристик: з частотою до 2,93 ГГц і споживаної потужністю 130 Вт, кілька 80-ватних процесорів, а також 50-ватна версія з частотою 1,86 ГГц, оптимізована для чотирипроцесорних серверів з високою щільністю монтажу і компактних стоєчних серверів. У наборі мікросхем Intel 7300 реалізована технологія Data Traffic Optimizations і інші передові технології, на базі яких побудована збалансована платформа, що дозволяє оптимізувати обмін даними між процесорами, пам'яттю і підсистемою введення / виводу.
Нова професійна серверна платформа Intel поєднує мікроархітектуру Intel Core, високопродуктивні чотириядерні процесори і технологію Intel Virtualization Technology. Крім подвоєння кількості обчислювальних ядер, процесори серії 7300 і набір мікросхем Intel 7300 підтримують обсяг пам'яті, в чотири рази перевищує аналогічний показник, характерний для попередніх багатопроцесорних платформ Intel.
Очікується, що з сьогоднішнього дня більше 50 виробників систем почнуть поставки серверів на базі процесорів Intel Xeon серії 7300. Серед них можна назвати Dell, Egenera, Fujitsu, Fujitsu-Siemens, Hitachi, HP, IBM, NEC, Sun, Supermicro і Unisys.
Складовою частиною будь-якого процесора є арифметично-логічний пристрій (АЛП) (англ. Arithmetic and logic unit, ALU) - блок процесора, який служить для виконання арифметичних і логічних перетворень над словами, званими в цьому випадку операндами.
Сучасні ЕОМ загального призначення зазвичай реалізують операції всіх наведених вище груп, а малі і мікро ЕОМ, мікропроцесори і спеціалізовані ЕОМ часто не мають апаратури арифметики чисел з плаваючою точкою, десятковим арифметики і операцій над алфавітно-цифровими полями. У цьому випадку ці операції виконуються спеціальними підпрограмами. До арифметичним операціям ставляться додавання, віднімання, віднімання модулів ( «короткі операції») і множення і ділення ( «довгі операції»). Групу логічних операцій складають операції диз'юнкція (логічне АБО) і кон'юнкція (логічне І) над багаторозрядними двійковими словами, порівняння кодів на рівність. Спеціальні арифметичні операції включають в себе нормалізацію, арифметичний зсув (зсуваються тільки цифрові розряди, знаковий розряд залишається на місці), логічний зрушення (знаковий розряд зсувається разом з цифровими розрядами). Широка група операцій редагування алфавітно-цифрової інформації.
Арифметико-логічний пристрій функціонально можна розділити на дві частини:
а) микропрограммное пристрій (пристрій управління), який задає послідовність мікрокоманд (команд);
б) операційний пристрій (АЛУ), в якому реалізується задана послідовність мікрокоманд (команд).
Складність логічної структури АЛУ певною мірою можна охарактеризувати кількістю відрізняються один від одного мікрооперацій, необхідних для виконання всього комплексу завдань, поставлених перед АЛУ. На вході кожного регістру зібрані відповідні логічні схеми, що забезпечують такі зв'язки між регістрами, що дозволяють реалізувати заданий набір мікрооперацій.
Виконання операцій над словами зводиться до виконання послідовності мікрокоманд, які керують передачею слів в АЛУ і діями по перетворенню слів.Порядок виконання мікрокоманд визначається алгоритмом виконання операцій. Отже, зв'язки між регістрами АЛУ і функції, які повинні виконувати регістри, залежать в основному від прийнятої методики виконання операцій: арифметичних, логічних та спеціальної арифметики.
Перелік операцій, які виконуються в АЛП, залежить від призначення цифрової обчислювальної машини і від функцій, які виконуються АЛП при забезпеченні роботи інших пристроїв машини. При поданні операцій у вигляді послідовностей мікрооперацій АЛУ має складатися з елементів; реалізують ці мікрооперації.
Таким чином, структура АЛУ визначається набором мікрооперацій, необхідних для виконання заданих арифметичних, логічних і спеціальних операцій, а завдання побудови АЛУ можна звести до задачі
Спільна частина
Определение мікропроцесора
Мікропроцесор - центральний пристрій (або комплекс пристроїв) ЕОМ (або обчислювальної системи), яке виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, керує обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовуючих, сортувальних, введення - виведення, підготовки даних і ін .). В обчислювальній системі може бути кілька паралельно працюючих процесорів; такі системи називають багатопроцесорними.Наявність декількох процесорів прискорює виконання однієї великої або декількох (в тому числі взаємопов'язаних) програм. процесор чіп швидкодію розрядність
Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодія і розрядність. Швидкодія - це число виконуваних операцій в секунду.Розрядність характеризує обсяг інформації, який мікропроцесор обробляє за одну операцію: 8-розрядний процесор за одну операцію обробляє 8 біт інформації, 32-розрядний - 32 біта. Швидкість роботи мікропроцесора багато в чому визначає швидкодія комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що надходять в комп'ютер і зберігаються в його пам'яті, під керуванням програми, також зберігається в пам'яті. Персональні комп'ютери оснащують центральними процесорами різних потужностей.
Функції і будова мікропроесора
Функції процесора:
· Обробка даних за заданою програмою шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;
· Програмне керування роботою пристроїв комп'ютера.
Моделі процесорів включають наступні спільно працюючі пристрої:
· Пристрій управління (УУ). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.
· Арифметико-логічний пристрій (АЛП).Так називається пристрій для цілочисельних операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін.) Обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмного коду в більшості програм.Всі операції в АЛП виробляються в регістрах - спеціально відведених осередках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛП. Кожне здатне виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції діляться на дві прості операції: "Так" і "Ні" ( "1" і "0").Зазвичай ці два пристрої виділяються чисто умовно, конструктивно вони не розділені.
· AGU (Address Generation Unit) - пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливе, ніж АЛП, тому що він відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних.Абсолютна адресація в програмах використовується тільки в рідкісних винятки. Як тільки беруться масиви даних, в програмному коді використовується непряма адресація, що змушує працювати AGU.
· Математичний співпроцесор (FPU).Процесор може містити кілька математичних співпроцесорів. Кожен з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою точкою незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному сопроцессору виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочисельні, так і з плаваючою точкою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність.Система виконує команди співпроцесора в тому порядку, в якому вони з'являються в потоці.Математичний співпроцесор персонального комп'ютера IBM PC дозволяє йому виконувати швидкісні арифметичні і логарифмічні операції, а також тригонометричні функції з високою точністю.
· Дешифратор інструкцій (команд).Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, за якими розміщуються результати. Потім слід повідомлення іншому незалежному пристрою про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.
· Кеш-пам'ять. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора.Кеш використовується як буфер для прискорення обміну даними між процесором і оперативною пам'яттю, а також для зберігання копій інструкцій і даних, які недавно використовувалися процесором. Значення з кеш-пам'яті витягуються безпосередньо, без звернення до основної пам'яті. При вивченні особливостей роботи програм було виявлено, що вони звертаються до тих чи інших областях пам'яті з різною частотою, а саме: осередки пам'яті, до яких програма зверталася недавно, швидше за все, будуть використані знову. Припустимо, що мікропроцесор здатний зберігати копії цих інструкцій в своїй локальній пам'яті. У цьому випадку процесор зможе кожен раз використовувати копію цих інструкцій протягом усього циклу. Доступ до пам'яті знадобитися в самому початку. Для зберігання цих інструкцій необхідний зовсім невеликий обсяг пам'яті. Якщо інструкції в процесор надходять досить швидко, то мікропроцесор не витрачатиме час на очікування. Таким чином заощаджується час на виконання інструкцій. Але для самих швидкодіючих мікропроцесорів цього недостатньо. Рішення даної проблеми полягає в поліпшенні організації пам'яті. Пам'ять усередині мікропроцесора може працювати зі швидкістю самого процесора.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 332.
