Архитектурни особености на съвременните микропроцесори

Архитектурни особености на съвременните микропроцесори.

Технологично микропроцесорът (МП) като процесор с универсални функции се изгражда с една или няколко големи интегрални схеми (ГИС) и представлява функционално завършено устройство с фиксиран интерфейс. Микропроцесорът е предназначен да изпълнява програми, намиращи се в оперативната памет (ОП) на компютърната система (КС), които определят проблемната му ориентация. Главните особености на микропроцесорите са: малък обем, висока надеждност, малка консумирана мощност, ниска цена. Всичко това, съчетано с универсалните му функции, позволява изграждане на големи системи с програмно управление.

Една КС, като общо-функционираща система, се изгражда от различни по предназначение интегрални схеми - т.нар. чипсет (chip set - набор от чипове), свързани помежду си по определен начин. Ядрото на тази система е микропроцесор и още редица други интегрални схеми, разделени в две основни подгрупи: полупроводникови памети (ROM и RAM) и периферни интерфейсни схеми за свързване на външни устройства. Тези подгрупи и техните представители ще бъдат разгледани по-нататък в курса. Тези три отделни подгрупи оформят дадена микропроцесорна фамилия.

Един от лидерите в областта на микропроцесорните фамилии - Intel е класически пример за развитие на тези микропроцесорни фамилии. Първите микропроцесори поддържат традиционната вътрешна архитектура - (4-, 8- и 16-разрядни микропроцесори), дадена в традиционната архитектура на фон Нойман. С развитието на 32-разрядните микропроцесори, установили новата архитектура IA-32 (Intel Architecture-32), започва и въвеждането на суперскаларната архитектурна концепция. Като начало, това е въвеждането на вътрешна кеш-памет и ново високопроизводително процесорно ядро, осигуряващо изпълнение на много от командите само за един машинен такт (еднотактов процесор). В началото на 90-те години на XX век редица водещи електронни фирми (AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments) организираха производство на свои микропроцесори с подобни функционални възможности. Това води до решението на Intel да създаде нов микропроцесор от пето поколение (Pentium), значително надхвърлящ възможностите на разпространяващите се до този момент микропроцесори с традиционна архитектура. Този процесор Pentium се отличава от предшествениците си по реализираната т.нар. Хардвардска архитектура (структура) с разделяне на потока на данните от потока на инструкциите. Включва четири паралелно работещи обработващи устройства (две за числа с фиксирана запетая и по едно за числа с плаваща запетая и за инструкции с условен преход) и конвейер за инструкции с пет фази. Реализирана е и процедура за предсказване на преходите, която позволява предварително да се определи най-високата вероятност за посоката на разклонението. Така се достига до удвояване на производителността при обработката. Процесорът съдържа два блока кеш-памет по 8 Кбайта (за данни и за инструкции), 32-разрядна шина за адреси и 64-разрядна външна шина за данни, позволяваща ускорен обмен на информацията между RAM и кеш-паметта.

Освен универсалните процесори, които наричаме ЦП се разработват и специализирани процесори. Те се включват като допълнителни или периферни устройства - канален процесор, матричен процесор, комуникационен процесор и пр. Друг такъв много силно развит подклас процесори са сигналните процесори (СП-DSP), намиращи приложение навсякъде в съвременната комуникационна техника. Те съдържат специфични и неизползвани блокове в ЦП и тяхната архитектура е също подчинена на Харвардския модел на процесорите.