Оперативная память. Процессор

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ  ИНСТИТУТ

(национальный исследовательский  университет)» (МАИ)

Филиал «ВОСХОД»

 

 

Кафедра  ИТИиУ                                                                                    «Утверждаю»

   Преподаватель  _______ Жуматаева Ж.Е.

«____»__________ 2011 г.

 

 

 

 

Отчет

по курсовому проекту

 

на тему: «Оперативная память. Процессор»

по дисциплине: СПО

 

 

 

 

Выполнил студент гр. ДА 4-44: ____________ Абдуллин Р.Н.

«____»__________ 2011 г.

 

 

 

 

Байконур 2011 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Содержание

 

	Введение	4
1	Теоретическая часть	5
1.1	История развития производства процессоров	5
1.1.1	Архитектура фон Неймана	7
1.1.2	Конвейерная архитектура	7
1.1.3	Многоядерные процессоры	9
1.1.4	Физические виды ОЗУ	10
2	Постановка  задачи	13
3	Реализация  на языке программирования Delphi	14
3.1	Описание программы  и общий алгоритм программы	14
3.2	Листинг программы	15
3.3	Результат выполнения программы	17
	Заключение	19
	Список литературы	20
	Приложение А
	Приложение Б
	Приложение В
	Приложение Г

 

 

 

Введение

 

Целью данной курсовой работы является получение знаний об оперативной памяти и процессоре.

Центральный процессор  — электронный блок либо микросхема — исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Оперативная память — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции.

В качестве теоретической  части будет рассмотрена теория, связанная с оперативной памятью и процессоре. В качестве практической части будет разработана программа на языке высокого уровня Borland Delphi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретическая часть
1. История развития производства процессоров

 

История развития производства процессоров полностью соответствует  истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.

Первым этапом, затронувшим  период с 40-х по конец 50-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и  вакуумных ламп. Они устанавливались  в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом, с середины 50-х до середины 60-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом, наступившим  в середине 60-х годов, стало использование  микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные  и резисторные сборки, затем по мере развития технологии стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом, в начале 70-х годов, стало создание, благодаря  прорыву в технологии создания БИС  и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем, соответственно), микропроцессора  — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-х разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач, либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

Первым общедоступным  микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 92,6 кГц и стоил 300 долл.

Далее его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен дешевый 8088, упрощенная версия 8086, с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186.

В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.

Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую  использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

За годы существования  микропроцессоров было разработано  множество различных их архитектур. Многие из них (в дополненном и  усовершенствованном виде) используются и поныне. Например Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную x86-64 (которая у Intel называется EM64T). Процессоры архитектуры x86 вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM (IBM PC), но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии, от суперкомпьютеров до встраиваемых решений.

 

 

1. Архитектура фон Неймана

 

Большинство современных  процессоров для персональных компьютеров  в общем основаны на той или  иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Дж. фон Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

В различных архитектурах и для различных команд могут  потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых  производится считывание операндов  и запись результатов.

 

 

2. Конвейерная архитектура

 

Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный  процессор с целью повышения  быстродействия. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить  некоторое количество однотипных операций, например: выборка команды из ОЗУ, дешифровка команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ. Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:

1. получение и декодирование инструкции
2. адресация и выборка операнда из ОЗУ
3. выполнение арифметических операций
4. сохранение результата операции

После освобождения k-й  ступени конвейера она сразу  приступает к работе над следующей  командой. Если предположить, что каждая ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат выполнения каждой следующей команды будет получаться через каждую единицу времени.

Действительно, при отсутствии конвейера выполнение команды займёт n единиц времени (так как для выполнения команды по-прежнему необходимо выполнять  выборку, дешифровку и т. д.), и для  исполнения m команд понадобится  единиц времени; при использовании конвейера (в самом оптимистичном случае) для выполнения m команд понадобится всего лишь n + m единиц времени.

Факторы, снижающие эффективность  конвейера:

1. Простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами)
2. Ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд — out-of-order execution)
3. Очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов)

 

 

 

 

3. Многоядерные процессоры

 

Содержат несколько  процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Процессоры, предназначенные  для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию мультипроцессорности.

Первым многоядерным микропроцессором стал POWER4 от IBM, появившийся в 2001 и имевший два ядра.

5 января 2006 года Intel представила  первый двухъядерный процессор  на одном кристале Core Duo, для мобильной  платформы.

В ноябре 2006 года вышел  первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший объём кэша и рабочие частоты.

10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхъядерные процессоры для серверов AMD Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barcelona. 19 ноября 2007 года вышел в продажу четырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMD Phenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).

Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырехъядерные процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухъядерных кристаллов).

К 1-2 кварталу 2009 года обе  компании обновили свои линейки четырёхъядерных  процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трёх моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трёхканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой стороной платформы, использующей Core i7, является её чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel X58 и трёхканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.

 Компания AMD в свою  очередь представила линейку  процессоров Phenom II X4. При её разработке  компания учла свои ошибки: был увеличен объём кэша (по сравнению с первым поколением Phenom), процессоры стали изготавливается по 45-нм техпроцессу (это, соответственно, позволило снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты). В целом, AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстаёт от Intel Core i7. С выходом 6-ядерного процессора AMD Phenom II X6 Black Thuban 1090T ситуация немного изменилось в пользу AMD.

На данный момент массово  доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами, а также 2, 3 и 4-модульные процессоры AMD поколения Bulldozer. В серверном сегменте также доступны 8-ядерные процессоры Xeon и Nehalem (Intel) и 12-ядерные Opteron (AMD).

 

 

4. Физические виды ОЗУ

 

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое  устройство, реализующее функции  оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые БИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа (Dynamic Random Access Memory) - экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Память статического типа (Static Random Access Memory) - ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Постановка задачи

 

Создать программу, определяющую размеры оперативной, физической, виртуальной памяти, параметры процессора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Реализация на языке программирования Delphi

3.1 Описание  программы и общий алгоритм  программной реализации

 

Для реализации данного  задания была выбрана среда разработки Borland Delphi 7.

Рисунок 1 –  Форма программы

Для реализации программы на форму размещаются компоненты: TButton (кнопка), TLabel (метка или надпись).

Кнопка «Параметры системы» имеет свою процедуру Button1Click, которая, при нажатии на кнопку, очищает форму, получает информацию о системе и выводит в соответствующие поля формы.

 

 

 

3.2 Листинг программы

 

unit Unit1;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls,Registry;

type

TForm1 = class(TForm)

Button1: TButton;

GroupBox1: TGroupBox;

Label5: TLabel;

GroupBox2: TGroupBox;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

Label3: TLabel;

Label4: TLabel;

 

procedure Button1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

str1,str2,str3:string;

implementation

 

//информация о процессоре

Procedure GetProcessorInfo;

var

MyReg: TRegistry;

RegPath: string;

begin

MyReg:=TRegistry.Create;

MyReg.Rootkey:=HKEY_LOCAL_MACHINE;

RegPath:='\HARDWARE\DESCRIPTION\System\CentralProcessor\0';

MyReg.Openkey(RegPath, false);

str1:=MyReg.ReadString('VendorIdentifier');

str2:= MyReg.ReadString('Identifier');

str3:= MyReg.ReadString('ProcessorNameString');

end;

{$R *.dfm}

 

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

Status: TMemoryStatus;

lpSystemInfo : TSystemInfo;

begin

Status.dwLength := sizeof(TMemoryStatus);

GlobalMemoryStatus(Status);

Label1.Caption:=Label1.Caption+' '+IntToStr(Status.dwTotalPhys shr 20) + ' MB';//Физическая память

Label2.Caption:= Label2.Caption+' '+IntToStr(Status.dwTotalVirtual shr 20) + ' MB';//виртуальная память

Label3.Caption:=Label3.Caption +' '+IntToStr(DiskSize(3) shr 20) + ' MB';//физическая память

Label4.Caption:=Label4.Caption +' '+IntToStr(Status.dwMemoryLoad) + '%';//использованно памяти

GetSystemInfo(lpSystemInfo);

GetProcessorInfo;

Label5.Caption := Label5.Caption + #10#13+#10#13+'Производитель: ' + str1+ #10#13+#10#13+'Семейство: ' + str2 + #10#13+#10#13+ 'Количество процессоров:   '+IntToStr(lpSystemInfo.dwNumberOfProcessors) + #10#13+#10#13+ 'Тип процессора:   '+IntToStr(lpSystemInfo.dwProcessorType) + #10#13+#10#13+'Название и тактовая частота: ' +str3;

end;

end.

 

 

3.3 Результат выполнения  программы

 

После запуска программы  появляется окно, в котором содержатся кнопка «Параметры системы» (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Запуск программы

При нажатии на кнопку «Параметры системы» выводятся данные по системе, представленные на рисунке 3.

              

Рисунок 3 – Данные по системе

На экране появляются параметры памяти и процессора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В процессе выполнения индивидуального  задания и отчета по курсовой работе были изучены

Анализируя полученное задание, выработан метод решения  поставленной задачи, на основе которого получены алгоритмы в виде блок-схем. Преимущество блок-схем состоит в  их наглядности. Блок-схемы основных функций и процедур представлены в приложении А,.

Преимущество программы состоит в организации графического пользовательского интерфейса, в удобстве демонстрации функций, запрашиваемых пользователем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Бобровский  С.И. Delphi 7. Учебный курс – СПб.: Питер, 2004. – 736 с.: ил.
2. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П. Программирование в Delphi 7. – СПб.:       БХВ – Петербург, 2003. – 784 с: ил.
3. Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К. Объектно-ориентированное программирование: Учебник для вузов. – 3-е изд., стер./Под ред. Г.С. Ивановой. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 368 с.: ил. (Сер. Информатика в техническом университете.)
4. Культин Н.Б. Delphi в задачах и примерах. – СПб.: БХВ – Петербург, 2003. – 288 с.: ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

(обязательное)

Рисунок А.1 – Блок-схема  процедуры TForm1.Button1Click

Рисунок А.2 – Блок-схема  процедуры DrawLine

Рисунок А.3 – Блок-схема  процедуры TTochka.Draw

Приложение Б

(обязательное)

Рисунок Б.1 – Блок-схема  процедуры TForm1.Timer1Timer

 

 

Приложение В

(обязательное)

Рисунок В.1 – Блок-схема  процедуры TParallelepiped.Draw

Рисунок В.2 – Блок-схема  процедуры TEllipse.Draw

 

Приложение Г

(обязательное)

 

Рисунок Г.1 – Блок-схема  процедуры TEllipsoid.Draw

 

Рисунок Г.2 – Блок-схема  функции TEllipsoid.Size