Микропроцессор

Микропроцессор (МП) представляет собой, по существу, миниатюрную вычислительную машину, размещенную в одной сверхбольшой интегральной схеме (СБИС). На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного, многоступенчатого и высокоточного технологического процесса создано несколько миллионов транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки подключения внешних выводов. В совокупности они образуют все логические блоки, то есть арифметическо-логическое устройство, управляющее устройство, регистры и т.д. Мировой промышленностью выпускаются разнообразные типы микропроцессоров.

Основными параметрами МП являются: система команд^[6], разрядность, тактовая частота. Система команд постоянно совершенствуется. Современные микропроцессоры могут выполнять более сотни команд.

Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (1 МГц = 1000000 Гц). Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов (битов) информации обрабатывается (или передается) за один такт, а также – сколько двоичных разрядов может быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти, для передачи данных и др.

Количество адресуемой памяти, или адресное пространство зависит от числа линий шины адреса микропроцессора. Если этих линий 20, то адресное пространство составит 2²⁰=1 Мбайт; если линий 24, то 2²⁴=16 Мбайт и т.д.

Следует помнить, что тактовая частота служит лишь относительным показателем производительности процессора. Из-за архитектурных различий процессоров в некоторых из них за один такт выполняется работа, на которую другие расходуют несколько тактов.

Рис. 7. Микропроцессор AMD Opteron 154

Очень важной характеристикой современных микропроцессоров, влияющей на их производительность, является объем и скорость функционирования встроенной кэш-памяти. Дело в том, что современные процессоры «обгоняют» по тактовой частоте другие элементы компьютера. Наиболее принципиально, что тактовая частота процессора в несколько раз выше, чем частота синхронизации системной шины, по которой происходит обмен информацией с относительно медленной оперативной памятью. Без внутренней кэш-памяти (обладающей особо высоким быстродействием) микропроцессор часто простаивал бы в ожидании очередной инструкции из ОЗУ или окончания операции записи в память. На рис.7 представлен обобщенный вид микропроцессора типа AMD Opteron 154 с тремя уровнями КЭШ-памяти, двухканальным контроллером памяти с возможностью установки до восьми модулей оперативной памяти (DIMM), с тремя 16-битными соединениями для интерфейсов ввода-вывода и тактовой частотой 2.8 ГГц.

Внешне микропроцессор выглядит как прямоугольная пластмассовая или керамическая пластина размерами порядка 5´5´0,3 см с многочисленными выводами (до 200–300 и более). На современные микропроцессоры устанавливается радиатор из сплава с высокой теплопроводностью и вентилятор (размером со спичечную коробку), необходимый для охлаждения.

На современных системных платах обычно предусматривается возможность замены процессора с целью наращивания производительности системы или ремонта. Микропроцессоры легко устанавливаются в специальный разъем, называемый сокет (англ. socket – розетка). Тип сокета должен соответствовать типу процессора.