Микропроцессоры, системные платы и чипсеты

1.

2.

Занятия наукой питают
юность и приносят усладу
старости, украшают в счастье,
служат убежищем и
утешением в несчастье.
Цицерон
Марк Ту́ллий Цицеро́н (106 43 до н. э.) древнеримский
политический деятель,
оратор и философ.

3.  

Лекция
по дисциплине
«Организация ЭВМ и систем»
Тема:
Микропроцессоры, системные платы
и чипсеты
Демонстрируется видеоролик
«Материнские платы» – 7 мин. 55 сек.

4.

5. Элементы конструкции персонального компьютера

1 — Монитор,
2 — Материнская плата,
3 — Центральный процессор,
4 — Оперативная память,
5 — Карты расширений,
6 — Блок питания,
7 — Оптический привод,
8 — Жесткий диск,
9 — Компьютерная мышь,
10 — Клавиатура

6. Функциональные характеристики ЭВМ

Основными функциональными характеристиками ЭВМ являются:
- производительность, быстродействие, тактовая частота системной платы
и микропрцессра;
- разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса;
- типы системного, локальных и внешних интерфейсов;
- тип и емкость оперативной памяти;
- наличие, виды и емкость кэш-памяти;
- тип и емкость накопителей на жестких магнитных дисках;
- вид и емкость накопителей CD и DVD;
- тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера;
- наличие и тип принтера;
- наличие и тип модема;
- наличие и виды мультимедийных аудио- и видеосредств;
- имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;
- аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров;
- возможность работы в вычислительной сети;
- возможность работы в многозадачном режиме;
- надежность;
- стоимость;
- габариты и вес.

7. Микропроцессоры

Наиболее важными компонентами
любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики,
являются микропроцессоры, системные чипсеты и интерфейсы.
Микропроцессор (МП), или
Central Processing Unit (CPU), — функционально законченное программноуправляемое устройство обработки
информации, выполненное в виде
одной или нескольких больших (БИС)
или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

8. Микропроцессор выполняет следующие функции:

- вычисление адресов команд и операндов;
- выборку и дешифрацию команд из
основной памяти (ОП);
- выборку данных из ОП, регистров
МПП и регистров адаптеров внешних
устройств;
- прием и обработку запросов и команд
от адаптеров на обслуживание ВУ;
- обработку данных и их запись в ОП,
регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;
- выработку управляющих сигналов для
всех прочих узлов и блоков ПК;
- переход к следующей команде.

9. Основными параметрами микропроцессоров являются:

- разрядность;
- рабочая тактовая частота;
- виды и размер кэш-памяти;
- состав инструкций;
- конструктив;
- энергопотребление;
- рабочее напряжение и т. д.

10.

11.

Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно
могут выполняться операции; разрядность шины адреса
определяет его адресное пространство.
Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.
Рабочая тактовая частота МП определяет его
внутреннее быстродействие. Быстродействие ПК зависит
также и от тактовой частоты шины системной платы, с
которой работает МП.

12. Все микропроцессоры можно разделить на группы:

- CISC (Complex Instruction Set Command) с набором
системы полных команд;
- RISC (Reduced Instruction Set Command) с набором
системы усеченных команд;
- VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхдлинным
командным словом;
- MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким
быстродействием.

13. Микропроцессоры типа CISC

14. Процессор AMD Ryzen Threadripper 1950X BOX

Характеристики AMD Ryzen Threadripper
1950X BOX
Модель - AMD Ryzen Threadripper 1950X
Поколение - AMD RYZEN 1000
Сокет - TR4
Система охлаждения в комплекте
Ядро - Summit Ridge, Техпроцесс - 14 нм
Количество ядер – 16, число потоков - 32
Кэш L1 (инструкции) - 1024 КБ
Кэш L2 - 8 МБ, Кэш L3 - 32 МБ
Частота процессора - 3400 МГц
Максимальная частота в турбо режиме
4000 МГц
Множитель – 34

15. Процессор Intel Core i9 10940X

Основные характеристики
Брэнд – INTEL, модель 10940X
Ядро - Cascade Lake
Гнездо процессора - LGA 2066
Количество ядер - 14
Количество потоков - 28
Частота 3.3 ГГц и 4.8 ГГц в режиме Turbo
L3 кэш - 19.25 МБ
Разрядность вычислений - 64 bit
Технологический процесс - 14 нм
Множитель разблокированный
Тепловыделение - 165 Вт
Максимальная температура - 86 °С
Стоимость - 69 990₽

16. Процессор Эльбрус 16

Российские процессоры
«Байкал» и «Эльбрус»
имеют потенциал для
интересного и перспективного развития как внутри
страны, так и на мировом
рынке.

17.

Процессоры предназначены:
- для серверов и рабочих станций невысокой производительности, но требующих
высокой степени безопасности.
- оборонные ведомства и
предприятия государственного сектора;
- пенсионный Фонд России
переходит на «Эльбрусы»;
• - в российские вузы и школы на «Эльбрусах» и
заказывают рабочие станции «Горыныч».

18. Микропроцессоры типа RISC

Микропроцессоры типа
RISC содержат только набор элементарных команд.
При необходимости
выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их
автоматическая сборка.
Микропроцессоры типа RISC характеризуются очень
высоким быстродействием, но они программно не совместимы с CISC-процессорами.

19.

20. Российский процессор «Эльбрус 2С+» и американский TVC320C6678

21. Микропроцессоры типа VLIW

Весьма перспективный тип МП.
Выпускают фирмы:
- Transmeta - ТМ5400, ТМ5600;
- Intel — модель Merced
(Itanium);
- Hewlett-Packard — модель
McKinley.
Программисты доступа к внутренним VLIW-командам не имеют:
все программы работают поверх специального низкоуровневого
программного обеспечения (Code Morphing), которое ответственно за
трансляцию команд CISC-микропроцессоров в команды VLIW.
Упрощение аппаратуры позволило уменьшить габариты МП и
потребление энергии (эти МП иногда называют «холодными»).

22. Многоядерные микропроцессоры

Повышение быстродействия МП путем увеличения
тактовой частоты исчерпало себя. Уже МП Pentium 4Е с
тактовой частотой 3,8 ГГц потреблял мощность около
160 Вт (сила тока более 100 А). Поэтому компания Intel
решила производительность МП увеличивать путем
параллельного выполнения вычислений.
В многоядерных процессорах на одном кристалле
располагается два, восемь и более вычислительных
ядер. Каждое ядро способно поддерживать вычисление
двух и более потоков. Применение многоядерных
процессоров позволяет ускорить работу операционных
систем и приложений, поддерживающих многопоточность.

23. Принцип работы многоядерного микропроцессора

Многоядерные процессоры работают по следующей
схеме.
Запущенное приложение поддерживает многопоточность, оно может заставлять процессор выполнять несколько заданий одновременно. Например, если в компьютере используется 4-ядерный процессор с тактовой
частотой 1.8 ГГц, программа может «загрузить» работой
сразу все четыре ядра, при этом суммарная частота
процессора будет составлять 7.2 ГГц. Если запущено
сразу несколько программ, то каждая из них может
использовать часть ядер процессора, что тоже приводит
к росту производительности компьютера.

24. Физическая и функциональная структура микропроцессора

Ядро процессора содержит главный управляющий
модуль и исполняющие модули — блоки выполнения
операций над целочисленными данными.
К локальным управляющим схемам относятся: блок
плавающей запятой, модуль предсказания ветвлений,
модуль преобразования CISC-инструкций во внутренний RISC-микрокод, регистры микропроцессорной памяти, регистры кэш-памяти различных уровней, шинный интерфейс и многое другое.

25. Устройство управления

Устройство управления (УУ) является наиболее
сложным устройством ПК — оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам
инструкций (КШИ) во все блоки машины.

26. Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических
операций преобразования информации.
Функционально простейшее АЛУ состоит из двух
регистров, сумматора и схемы управления.

27.

2. Системные платы и чипсеты

28. Назначение системных плат Системная (systemboard, SB), или объединительная, также часто называемая материнской (motherboard,

MB),
плата — это важнейшая часть компьютера, содержащая
его основные электронные компоненты.
С помощью системной платы (СП) осуществляется
взаимодействие между большинством устройств машины.

29. Конструктивно СП представляет собой печатную плату площадью 600-1000 см2, на которой размещается большое число различных

микросхем, разъемов и других
элементов.
Разновидности конструкции СП:
- на плате жестко закреплены все необходимые для
работы микросхемы — одноплатные СП;
- на системной плате размещается лишь минимальное количество микросхем, а все остальные компоненты
объединяются при помощи системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных платах (платах расширения). Компьютеры, использующие такую
технологию, относятся к вычислительным системам с
шинной архитектурой.

30.

Материнская плата Asus F1A75-V Pro
(sFM1, AMD A75, PCI-Ex16)

31. Разновидности системных плат Демонстрируется видеоролик «Разновидности материнских плат» - 4 мин. 24 сек.

32.

33. Разновидности системных плат

В настоящее время десятки фирм выпускают большое число СП, отличающихся и конструктивно, по типу
поддерживаемых микропроцессоров, по тактовой частоте работы, по величине рабочих напряжений и т.д.
Расположенные на СП микропроцессорный разъем
(socket) и системные микросхемы (чипсеты) определяют типы микропроцессоров, которые на ней могут быть
установлены.

34. Микросхема BIOS BIOS представляет собой микросхему с тестовыми и загрузочными программами для ЦП. Находится эта микросхема в

МИКРОСХЕМА BIOS
BIOS представляет собой микросхему с тестовыми и
загрузочными программами для ЦП. Находится эта
микросхема в близости от ЦП и запитана от отдельной
батарейки - рядом со слотами расширения.

35. Разъем центрального процессора Разъем или socket процессора, на материнской плате самый большой. Разъемы ЦП различаются по

РАЗЪЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА
Разъем или socket процессора, на материнской плате
самый большой. Разъемы ЦП различаются по внешнему
виду, расположению и числу контактов. В завиимости от
модели процессора, они бывают нескольких видов.

36.

НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ ЧИПСЕТА
Чипсет материнской платы представляет собой две
микросхемы, именуемые «северным» и «южным» мостом.
Названия они получили исключительно из расположения:
северный мост находится возле ЦП, а южный – ниже, возле слотов расширения.
Они являются важнейшим связующим звеном между
аппаратной частью и процессором ПК.

37.

КОННЕКТОРЫ МОДУЛЕЙ ПАМЯТИ И ДРУГИХ
ПЛАТ РАСШИРЕНИЯ
В любом компьютере существует временное хранилище информации, именуемое оперативной памятью
(ОЗУ). Она представляет собой модуль с несколькими
микросхемами, который монтируется в слоты. Они
расположены рядом с процессором и северной частью
чипсета, оснащены замками с защитой от неправильного монтажа.

38.

Кроме вышеперечисленных слотов, на системной
плате расположены штыревые разъемы для подключения шин передачи данных жестких дисков. Раньше, для
этого использовался интерфейс IDE. На современных
ПК, чаще всего используется интерфейс SATA.

39. 3. Чипсеты системных плат

40.

От используемого на СП набора системных микросхем - чипсет зависят многие важные характеристики
ПК.
Чипсеты во многом определяют тактовую частоту
шин, обеспечивают надлежащую работу МП, интерфейсов взаимодействия с ОЗУ и др. компонентами ПК.
Наборы микросхем определяют функциональные
возможности МП:
-
типы поддерживаемых процессоров;
структуру и объем кэш-памяти;
сочетания типов и объемов модулей ОЗУ и др.

41. Функциональная схема чипсета

42.

43. Функциональная схема чипсета AM2+

44. Литература: В.Л. Бройдо, О.П. Ильина. Архитектура ЭВМ и систем. – Питер: 2009. – 720 с.

45. Спасибо за внимание