ขอบเขตทางกายภาพของการพัฒนาโปรเซสเซอร์ “เครื่องสุดท้ายของคอมพิวเตอร์” ดูประเด็นในหัวข้อเดียวกัน

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ถือเป็นเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ประเภทพิเศษมาโดยตลอด เนื่องจากเครื่องจักรดังกล่าวถูกสร้างขึ้นเพื่อแก้ไขปัญหาที่ไม่ธรรมดา พวกเขาจึงมีงบประมาณที่ผิดปกติ และในทางกลับกัน ให้ความรู้สึกถึงความเป็นไปได้ไม่รู้จบ ดูเหมือนว่าปัญหาจะเกี่ยวกับเงินเท่านั้นเสมอ และด้วยอีกสิบหรือสองล้านเครื่อง ผลผลิตก็สามารถทำได้ ให้เพิ่มขึ้นอย่างไม่สิ้นสุด สิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงหลายเดือนและหลายปีมานี้ และแสดงอยู่ในรายชื่อ 500 อันดับนักแทะตัวเลขที่ทรงพลังที่สุดในโลกซึ่งคุณรู้จัก TOP500.org - ให้เหตุผลที่จะอ้างว่า "อนันต์" จบลงแล้ว ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นระบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่เครื่องแรกที่ได้สัมผัสกับขีดจำกัดทางกายภาพของความสามารถของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ - และสำหรับพวกเขา ก่อนอื่นเลย ตอนนี้จำเป็นต้องหาทางออกจากทางตัน เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ใหม่

เบาะแสอย่างเป็นทางการสำหรับข้อความที่กว้างขวางดังกล่าวเป็นรูปแบบแปลก ๆ ที่ผู้เรียบเรียงของรายการด้านบนสังเกตเห็น อันดับ 500 อันดับแรกได้รับการอัปเดตปีละสองครั้ง และอันดับสูงสุดของเวอร์ชันล่าสุดที่เผยแพร่เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (มีเพียงรายการใหม่เพียงรายการเดียวในสิบอันดับแรก และประสิทธิภาพรวมของรถยนต์ทั้ง 500 คันเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจาก 0.223 ถึง 0.250 เอ็กซาฟลอป) แต่มีการเปลี่ยนแปลงทั่วไปในเชิงคุณภาพเกิดขึ้น: "จุดศูนย์ถ่วง" ของรายการได้เลื่อนไปอยู่ด้านบนสุดของรายการ หรือพูดง่ายๆ ก็คือ พลังการประมวลผลหลักในขณะนี้กระจุกตัวอยู่ที่จำนวนที่ค่อนข้างน้อย (บันทึกตามประวัติศาสตร์เพียงเล็กน้อย) เครื่องจักรที่เร็วที่สุด ดูเหมือนว่านี้: ครึ่งหนึ่งของพลังสะสมของ Top 450 นั้นมาจากคอมพิวเตอร์เพียง 17 เครื่องแรกในรายการ แนวโน้มนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อวานนี้ แต่ในช่วงหกปีที่ผ่านมามีแนวโน้มเป็นรูปเป็นร่างจนจำเป็นต้องคิดถึงเรื่องนี้

ไม่มีคำอธิบายที่ไม่ต้องสงสัยแม้แต่ข้อเดียว สิ่งที่น่าเชื่อถือที่สุดประการหนึ่งคือเรื่องการเงิน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีราคาแพงกว่ามาก (ประมาณสี่เท่าเมื่อเทียบกับเครื่องกัดคอมพิวเตอร์ในช่วงกลางทศวรรษ 2000) ดังนั้น ปัจจุบันจึงมีจำหน่ายเฉพาะกับหน่วยงานภาครัฐเพียงไม่กี่แห่งและ บริษัทขนาดใหญ่ นอกจากนี้นักออกแบบและผู้ซื้อรถยนต์ใหม่ที่ไม่ทรงพลังมากไม่มุ่งมั่นที่จะปรากฏในเรตติ้งเพื่อไม่ให้ภาพลักษณ์ของพวกเขาเสีย ดังนั้นปรากฎว่ายิ่งคุณไปไกลเท่าไร แนวโน้มก็จะปรากฏชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น ผู้ที่แข็งแกร่งจะแข็งแกร่งขึ้น ผู้อ่อนแอที่ไม่เป็นเชิงเส้นจะล้าหลังไปอย่างรวดเร็ว

ข้อสรุปที่สำคัญ: ไม่จำเป็นต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์อีกต่อไป แต่เข้าถึงได้น้อยลงเท่านั้น แต่กฎอมตะของมัวร์ล่ะ? ไม่ควรชดเชยราคาที่เพิ่มขึ้นด้วยเลย์เอาต์ที่หนาแน่นขึ้นและทำให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นไม่ใช่หรือ? นี่คือจุดที่ความสงสัยหลักเกิดขึ้น ดูเหมือนว่าเรามาถึงเส้นชัยแล้ว ซึ่งกฎของมัวร์ยังคงได้ผลอยู่ แต่มันก็แพงเกินไปสำหรับผู้เล่นส่วนใหญ่ที่จะได้เปรียบ

นักวิทยาศาสตร์กำหนดผลลัพธ์ดังนี้: ในกรณีที่ไม่มีเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำที่จะมอบความเร็วในการประมวลผลที่ไม่เคยทำได้ก่อนหน้านี้ในการก้าวกระโดดเพียงครั้งเดียว อุตสาหกรรมซูเปอร์คอมพิวเตอร์ถูกบังคับให้ต้องก้าวไปตามเส้นทางที่กว้างขวาง - เพิ่มจำนวนโปรเซสเซอร์ในเครื่องอย่างโง่เขลา และที่แย่กว่านั้น: เนื่องจากเส้นทางนี้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ได้ (และการกระทืบจำนวนนั้นไม่เพียงแต่เป็นเครื่องมือสำหรับการประมวลผลข้อมูลเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีในการสร้างอำนาจขององค์กรและระดับชาติด้วย) นักออกแบบจึงอาศัยตัวเร่งกราฟิกซึ่ง สมมติว่าเหมาะสำหรับการแก้ปัญหาไม่ใช่งานใดๆ จำนวนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใช้งาน GPU เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงห้าปีที่ผ่านมา!

และนี่เป็นโอกาสที่ดีที่จะจดจำเกี่ยวกับการทดแทนการทดสอบ Linpack ที่มีชื่อเสียงที่กำลังจะเกิดขึ้นซึ่งตั้งแต่เริ่มต้นของการตีพิมพ์ Top 500 (เมื่อยี่สิบปีที่แล้ว) ได้ทำหน้าที่เป็นตัววัดหลักของประสิทธิภาพของระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เสนอให้แทนที่ด้วยการทดสอบ HPCG (High Performance Conjugate Gradient) ที่พัฒนาขึ้นใหม่ เหตุผล: Linpack ซึ่งเขียนด้วยภาษา Fortran ย้อนกลับไปในปี 1979 สะท้อนถึงประสิทธิภาพที่แท้จริงของระบบที่วัดได้ไม่เป็นที่น่าพอใจ และความคลาดเคลื่อนก็เพิ่มมากขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว แม้แต่ Jack Dongarra ผู้เขียนร่วมก็ไม่สามารถอธิบายความแตกต่างระหว่าง Linpack และ HPCG ได้อย่างชัดเจน แต่การทำให้ง่ายขึ้นอย่างมากสามารถลดความแตกต่างได้ดังต่อไปนี้: Linpack ประเมินความสามารถของซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นหลักในการคำนวณล้วนๆ (ซึ่งตัวเร่ง GPU ทำได้ดี) ในขณะที่ HPCG ยังคำนึงถึงประสิทธิภาพของการสื่อสารภายในด้วย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อแก้ไขในทางปฏิบัติ ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค (เช่น การเข้าถึงหน่วยความจำที่ผิดปกติบ่อยครั้ง เป็นต้น)

หาก HPCG ไม่ได้แทนที่ HPCG จะเข้ามาเสริม Linpack หลังจาก "บุกรุก" ไม่กี่ปี (สำหรับผู้ที่สนใจ ซอร์สโค้ดมีให้ใช้งานภายใต้ใบอนุญาต BSD จากเว็บไซต์ห้องปฏิบัติการ Sandia) และอาจนำไปสู่การสับเปลี่ยนรายชื่อ 500 อันดับแรกทั้งหมด การกลับมาของผู้เข้าร่วมกลุ่มเล็กๆ ซึ่งจะได้รับคะแนนที่สูงขึ้นและยุติธรรมยิ่งขึ้น และแม้แต่การปรับเปลี่ยนสถาปัตยกรรมของซูเปอร์คอมพิวเตอร์เมื่อไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ Linpack อีกต่อไป แม้ว่าแน่นอนว่าเราไม่ควรหวังเป็นพิเศษในเรื่องหลัง แต่ก็ยังไม่มีเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่ก้าวหน้า!

และหากไม่มีความก้าวหน้า ความเบื่อหน่ายก็ครอบงำอยู่ในโลกของผู้แทะตัวเลข จะสร้างรถที่ทรงพลังยิ่งขึ้นได้อย่างไร? จัดหาโปรเซสเซอร์ให้มากขึ้น - ซึ่งหมายถึงการหาเงินมากขึ้น แต่ความเป็นจริงก็คือว่าการทำงานแบบขนานที่สูงกว่าระดับหนึ่ง (และบรรลุแล้ว) ไม่ได้ช่วยเพิ่มความเร็ว และซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดก็มีราคาแพงมากจนการสร้างและใช้งานนั้นมีราคาไม่แพงสำหรับเพียงไม่กี่คนตามที่กล่าวไว้ ข้างบน. ส่งผลให้กระแสข้อมูลของซูเปอร์คอมพิวเตอร์แห้งไป นี่คือจุดสิ้นสุดของยุคเทคโนโลยี จุดสิ้นสุดของเซมิคอนดักเตอร์ที่เรารู้จักมาตลอดห้าสิบปีที่ผ่านมา และจนกว่าจะพบเทคโนโลยีที่สามารถนำประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ไปสู่ระดับใหม่ได้ เราจะยังคงทำเครื่องหมายเวลาเนื้อหาโดยเพิ่มขึ้นไม่กี่เปอร์เซ็นต์ต่อปี

อะไรสามารถทำให้เกิดความก้าวหน้าเช่นนี้ได้? สื่อตะวันตกจับตาดูท่อนาโนซึ่งพวกที่สแตนฟอร์ดสามารถสร้างทรานซิสเตอร์โพลาร์หนึ่งมิติ (CNFET) ได้เรียนรู้วิธีสร้างไมโครวงจรที่มีการรับประกันฟังก์ชันการทำงาน (ปัญหาหลัก: ยังคงเป็นเรื่องยากที่จะหลีกเลี่ยงจำนวนมาก ของท่อนาโนที่วางไม่ถูกต้อง) และแม้แต่สร้างคอมพิวเตอร์ที่เข้ากันได้กับ MIPS ซึ่งแสดงให้เห็นครั้งหนึ่งเมื่อสัปดาห์ที่แล้วที่การประชุมซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ACM/IEEE SC13 (“คอมพิวเตอร์” เขียนเกี่ยวกับโครงการนี้: ดู “”) ในอนาคต เทคโนโลยีนี้สามารถมอบประสิทธิภาพที่เหนือกว่าต่อหน่วยการใช้พลังงานให้กับชิปเซมิคอนดักเตอร์ถึง 13 เท่า ฉันสงสัยว่ามีใครทำงานเกี่ยวกับท่อนาโนบ้างไหม?

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 เป็นเวอร์ชัน 32 บิตเต็มรูปแบบจากไมโครโปรเซสเซอร์ 8086/80286 แบบ 16 บิตรุ่นก่อนหน้า และแสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ - การเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรม 16 บิตเป็น 32 บิต นอกจากความลึกของบิตที่เพิ่มขึ้นแล้ว ยังมีการปรับปรุงและฟีเจอร์เพิ่มเติมมากมายอีกด้วย ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 มี: การสลับงาน การจัดการหน่วยความจำที่ได้รับการปรับปรุง การจัดการหน่วยความจำเสมือนที่มีหรือไม่มีเพจ การป้องกันซอฟต์แวร์ และความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลความจุสูง ซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่เขียนขึ้นสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ 8086/8088 และ 80286 รุ่นเก่าสามารถเข้ากันได้กับไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ขึ้นไป จำนวนหน่วยความจำที่สามารถระบุตำแหน่งได้บนโปรเซสเซอร์เพิ่มขึ้นจาก 1 MB (สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ 8086/8088) หรือ 16 MB (สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ 80286) สูงสุด 4 GB สำหรับโปรเซสเซอร์ 80386 ในโหมดป้องกัน ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 สามารถเปลี่ยนจากโหมดที่ได้รับการป้องกันเป็นโหมดจริงโดยไม่ต้องฮาร์ดรีเซ็ตไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งใช้เวลานานและจำเป็นในกรณีของโปรเซสเซอร์ 80286

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80486 เป็นเวอร์ชันปรับปรุงของไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 และดำเนินการคำสั่งหลายคำสั่งในช่วงเวลาสัญญาณนาฬิกาเดียว ไมโครโปรเซสเซอร์ 80486 ยังมีแคช L1 ภายในขนาด 8 KB และตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์ประสิทธิภาพสูงในตัวซึ่งเป็นซอฟต์แวร์ที่เข้ากันได้กับตัวประมวลผลร่วม 80387 โปรดทราบว่าโปรเซสเซอร์ 80486DX4 มีแคชขนาด 16 KB ไมโครโปรเซสเซอร์ 80486 ซึ่งทำงานที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกาเดียวกันกับไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่า 50%

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 เวอร์ชันที่พบบ่อยที่สุดสองเวอร์ชันคือโปรเซสเซอร์ 80386DX และโปรเซสเซอร์ 80386SX แบบง่าย ซึ่งมีบัสข้อมูล 16 บิตภายนอก แม้ว่าจะใช้บัส 32 บิตภายในก็ตาม

โปรเซสเซอร์ 80386DX อยู่ในแพ็คเกจ PGA (pin grid array) 132 พิน กล่าวคือ แพ็คเกจที่มีการจัดเรียงพินแบบเมทริกซ์ ไมโครโปรเซสเซอร์เวอร์ชันใหม่กว่า 80386 - 80386EX ประกอบด้วย: หน่วยควบคุม AT บัส, หน่วยควบคุมการสร้าง RAM แบบไดนามิก, หน่วยเลือกคริสตัลที่ตั้งโปรแกรมได้, ตัวควบคุมการขัดจังหวะ, ตัวควบคุม DMA, หน่วยจับเวลา, หน่วยส่งข้อมูลแบบอนุกรม, ที่อยู่ 26 หมุดบัส, หมุดดาต้าบัส 16 อัน

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX ซึ่งมีบัสข้อมูล 32 บิตและแอดเดรสบัส 32 บิต สามารถรองรับหน่วยความจำกายภาพขนาด 4 GB ได้ ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386SX เช่นเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ระบุหน่วยความจำ 16 MB และมีเพียงแอดเดรสบัส 24 บิตและบัสข้อมูล 16 บิต ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386SX ได้รับการออกแบบตามไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX เพื่อการใช้งานที่ไม่ต้องใช้บัส 32 บิตเวอร์ชันเต็ม ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386SX ใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลหลายเครื่องที่ใช้มาเธอร์บอร์ดเดียวกันกับไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ในช่วงเวลาที่แอปพลิเคชันส่วนใหญ่ รวมถึง Windows ต้องการหน่วยความจำน้อยกว่า 16 MB โปรเซสเซอร์ 80386SX เป็นเวอร์ชันยอดนิยมและราคาถูกกว่าของ 80386 ไมโครโปรเซสเซอร์ ต่อจากนั้นแม้ว่าโปรเซสเซอร์ 80486 จะมีราคาถูกลงมากขึ้นสำหรับการสร้างระบบคอมพิวเตอร์ใหม่ แต่โปรเซสเซอร์ 80386 ยังคงเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานจำนวนมากมาเป็นเวลานาน ตัวอย่างเช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386EX แม้ว่าจะไม่ได้ใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล แต่ก็ได้รับความนิยมอย่างมากในระบบฝังตัว

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 เช่นเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร์ตระกูล Intel รุ่นก่อนๆ ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ +5.0 V เดียวในการทำงาน การใช้กระแสไฟเฉลี่ยของโปรเซสเซอร์ 80386 คือ: 550 mA สำหรับโปรเซสเซอร์ที่ทำงานที่ 25 MHz, 500 mA สำหรับโปรเซสเซอร์ ทำงานที่ 20 MHz และ 450 mA สำหรับโปรเซสเซอร์ที่ทำงานที่ 16 MHz นอกจากนี้ยังมีโปรเซสเซอร์รุ่น 33 MHz ซึ่งกินกระแสไฟ 600 mA ปริมาณการใช้กระแสไฟของไมโครโปรเซสเซอร์ 80386EX คือ 320 mA เมื่อทำงานที่ความถี่ 33 MHz

การใช้กระแสไฟของโปรเซสเซอร์ในโหมดการทำงานบางโหมดอาจเพิ่มเป็น 1.0 A ซึ่งหมายความว่าวงจรจ่ายไฟและวงจรจ่ายไฟต้องได้รับการออกแบบให้รองรับกระแสไฟกระชากเหล่านี้ โปรเซสเซอร์มีพิน V CC และ V SS จำนวนมาก ซึ่งทั้งหมดจะต้องเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC +5.0 V (V CC) และต่อสายดิน (V SS) เพื่อให้ไมโครโปรเซสเซอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง พินโปรเซสเซอร์บางตัวถูกกำหนดให้เป็น N/C (ไม่มีการเชื่อมต่อ) และไม่ควรเชื่อมต่อที่ใดก็ได้ นอกเหนือจากที่กล่าวไปแล้ว ยังมีไมโครโปรเซสเซอร์ 80386SX และ 80386EX อีกหลายเวอร์ชัน ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าลดลงที่ +3.3 V โปรเซสเซอร์เหล่านี้ใช้ในคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กแบบพกพาหรือแล็ปท็อป

ระบบหน่วยความจำ

ระบบหน่วยความจำฟิสิคัลที่ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX สามารถเข้าถึงได้มีความจุ 4 GB นอกจากนี้ โปรเซสเซอร์ยังรองรับหน่วยความจำเสมือนสูงสุด 64 TB ซึ่งแมปกับหน่วยความจำกายภาพโดยใช้หน่วยการจัดการหน่วยความจำและตัวอธิบาย ควรสังเกตว่าการกำหนดที่อยู่เสมือนช่วยให้คุณสามารถใช้โปรแกรมมากกว่า 4 GB เมื่อมีวิธีการสลับและมีความจุฮาร์ดไดรฟ์ขนาดใหญ่ ในรูป รูปที่ 6.4 แสดงการจัดระเบียบของระบบหน่วยความจำกายภาพของไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX

หน่วยความจำแบ่งออกเป็นช่องหน่วยความจำ 8 บิตจำนวน 4 ช่อง โดยแต่ละช่องมีความจุสูงสุด 1 GB การจัดระเบียบหน่วยความจำแบบ 32 บิตนี้ช่วยให้สามารถเข้าถึงไบต์ คำ หรือคำคู่ได้ ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX สามารถถ่ายโอนข้อมูล 32 บิตในรอบหน่วยความจำหนึ่งรอบ ในขณะที่ไมโครโปรเซสเซอร์ 8088 ต้องใช้สี่รอบ และไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 และ 80386SX ต้องใช้สองรอบ ความกว้างของข้อมูลขนาดใหญ่มีความสำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวเลขทศนิยมที่มีความแม่นยำเดียว ซึ่งกินพื้นที่ 32 บิต ซอฟต์แวร์ขั้นสูงที่เพียงพอใช้ตัวเลขทศนิยมในการจัดเก็บข้อมูล ดังนั้นเซลล์หน่วยความจำ 32 บิตจึงเร่งการทำงานของโปรแกรมหากเขียนโดยคำนึงถึงความจุของหน่วยความจำ

ที่อยู่ของหน่วยความจำแต่ละไบต์จะแสดงในรูปแบบเลขฐานสิบหก เช่นเดียวกับโปรเซสเซอร์เวอร์ชันก่อนหน้า ข้อแตกต่างก็คือไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX ใช้แอดเดรสบัส 32 บิตพร้อมหน่วยความจำที่สามารถกำหนดแอดเดรสได้ในช่วง 00000000H-FFFFFFFFH

ธนาคารหน่วยความจำทั้งสองในระบบที่สร้างขึ้นบนไมโครโปรเซสเซอร์ 8086, 80286 และ 80386SX เข้าถึงได้ผ่านสัญญาณ BLE (A0 - บน 8086 และ 80286) และ BHE ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX เข้าถึงคลังหน่วยความจำโดยใช้สัญญาณ BE3 - BE0 สี่สัญญาณ การจัดระเบียบหน่วยความจำนี้ช่วยให้คุณเข้าถึงหนึ่งไบต์เมื่อไมโครโปรเซสเซอร์เปิดใช้งานสัญญาณเปิดใช้งานหนึ่งสัญญาณ

เมื่อเปิดใช้งานสัญญาณเปิดใช้งานสองสัญญาณ โปรเซสเซอร์จะระบุคำนั้น ในกรณีส่วนใหญ่ เมื่อกล่าวถึงคำ จะมีการเข้าถึงธนาคาร 0 และ 1 หรือธนาคาร 2 และ 3 เซลล์หน่วยความจำ 00000000Н อยู่ในธนาคาร 0 เซลล์ 00000001Н อยู่ในธนาคาร 1 เซลล์ 00000002Н อยู่ในธนาคาร 2 และเซลล์ 00000003 อยู่ใน ธนาคาร 3 ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386DX ไม่มีหมุดที่อยู่ A0 และ A1 เนื่องจากถูกถอดรหัสภายในเป็นสัญญาณที่เปิดใช้งานไบต์ ในทำนองเดียวกัน ไมโครโปรเซสเซอร์ 16 บิต 80386SX ไม่มีพินที่อยู่ A0 เนื่องจากถูกถอดรหัสเป็นสัญญาณ BLE และ OUT ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386EX ระบุคำข้อมูลที่อยู่ในสองช่องของระบบหน่วยความจำ 16 บิตเมื่อสัญญาณ BS8 เป็นแบบพาสซีฟ (ระดับสูงแบบลอจิคัล) หรือไบต์ในระบบ 8 บิตเมื่อสัญญาณนี้ถูกเปิดใช้งาน

ควบคุมการลงทะเบียน

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 มีรีจิสเตอร์ควบคุมอื่นๆ นอกเหนือจากรีจิสเตอร์แฟล็ก EFLAGS และตัวชี้คำสั่ง EIP รีจิสเตอร์ควบคุม CR0 (รีจิสเตอร์ควบคุม) เหมือนกับรีจิสเตอร์ควบคุมสถานะเครื่อง วท.ม.(คำสถานะเครื่อง) ของไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ยกเว้นว่าเป็นรีจิสเตอร์ 32 บิต แทนที่จะเป็นรีจิสเตอร์ 16 บิต รีจิสเตอร์ควบคุมเพิ่มเติมคือ CR1, CR2 และ CR3

ในรูป 6.5. โครงสร้างของรีจิสเตอร์ควบคุมของไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 แสดงขึ้น

รีจิสเตอร์ควบคุม CR1 ไม่ได้ใช้ในไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 แต่สงวนไว้สำหรับผลิตภัณฑ์ในอนาคต รีจิสเตอร์ควบคุม CR2 จะบันทึกที่อยู่เชิงเส้นที่ได้รับข้อผิดพลาดของหน้าหน่วยความจำครั้งล่าสุด ในที่สุด การลงทะเบียนการควบคุม CR3 จะจับที่อยู่ฐานของตารางเพจ 12 บิตล่าง 0 ถึง 11 ของรีจิสเตอร์ 32 บิตประกอบด้วยศูนย์และรวมกับบิตรีจิสเตอร์ที่เหลือเพื่อกำหนดจุดเริ่มต้นของตารางเพจ 4K

รีจิสเตอร์ CR0 มีบิตควบคุมพิเศษจำนวนหนึ่ง ซึ่งในไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 มีการกำหนดไว้ดังนี้:

บิต PG (เปิดใช้งานการเพจ) ได้รับการออกแบบมาเพื่อเลือกการแปลงตารางเพจจากที่อยู่เชิงเส้นไปเป็นที่อยู่ทางกายภาพ เมื่อ PG = 1 เพจหน่วยความจำช่วยให้คุณสามารถกำหนดเซลล์หน่วยความจำกายภาพใดๆ ให้กับที่อยู่เชิงเส้นได้

□ อีที

บิต ET (ประเภทส่วนขยาย) เป็นตัวบ่งชี้การสนับสนุนคำสั่งของตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์ หาก ET เป็น 0 แสดงว่าตัวประมวลผลร่วม 80287 จะถูกเลือก และหาก ET = 1 แสดงว่าตัวประมวลผลร่วม 80387 จะถูกเลือก บิตนี้ถูกเพิ่มเพื่อสะท้อนถึงความจริงที่ว่าระบบมีตัวประมวลผลร่วม 80387

บิต TS (สวิตช์งาน) บ่งชี้ว่าไมโครโปรเซสเซอร์ได้ทำการสลับงาน (การเปลี่ยนเนื้อหาของการลงทะเบียนงาน TR ในโหมดที่ได้รับการป้องกันจะตั้งค่าบิต TS) หากตั้งค่าบิต TS คำสั่งตัวประมวลผลร่วมดิจิทัลจะส่งผลให้เกิดการขัดจังหวะประเภท 7 (ตัวประมวลผลร่วมไม่พร้อมใช้งาน)

□ กิน

บิต EM (จำลองตัวประมวลผลร่วม) ถูกตั้งค่าให้เรียกการขัดจังหวะประเภท 7 เมื่อพยายามดำเนินการคำสั่ง ESC แต่ละคำสั่ง นั่นคือคำสั่งที่เกี่ยวข้องกับตัวประมวลผลร่วม ซึ่งมักใช้สำหรับการจำลองซอฟต์แวร์ของตัวประมวลผลร่วม การจำลองช่วยลดต้นทุนของระบบ แต่คำสั่งตัวประมวลผลร่วมที่จำลองมักจะใช้เวลาดำเนินการนานกว่า ประมาณ 100 เท่า

บิต MP (ตัวประมวลผลร่วมมอนิเตอร์) ถูกตั้งค่าให้ทริกเกอร์การขัดจังหวะประเภท 7 ทุกครั้งที่มีการดำเนินการคำสั่งรอในขณะที่บิต TS ถูกตั้งค่า

□ อีกครั้ง

บิต PE (เปิดใช้งานการป้องกัน) ถูกตั้งค่าเพื่อให้ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 เข้าสู่โหมดที่ได้รับการป้องกัน นอกจากนี้ยังอาจรีเซ็ตเพื่อเริ่มลำดับคำสั่งที่ค่อนข้างยาวเพื่อสลับไปยังโหมดการทำงานจริง ในไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 บิตนี้สามารถตั้งค่าได้เท่านั้น ไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ไม่สามารถกลับสู่โหมดจริงโดยไม่ทำการฮาร์ดรีเซ็ต ซึ่งทำให้การใช้งานในระบบส่วนใหญ่ที่ใช้โหมดที่ได้รับการป้องกันไม่สามารถ

คำอธิบายและตัวเลือก

ก่อนที่เราจะพูดถึงบล็อกการเพจที่อยู่ เรามาดู descriptors และตัวเลือกของไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 กันดีกว่า ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ใช้ descriptors ในลักษณะเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 คำอธิบายในไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งสอง นี่คือลำดับแปดไบต์ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับส่วนของหน่วยความจำและตำแหน่งของหน่วยความจำ ตัวเลือก(เนื้อหาของการลงทะเบียนส่วน) ใช้เพื่อระบุตัวอธิบายที่ระบุในตารางตัวอธิบาย ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 และ 80386 คือ ไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นหลังมีตัวเลือกเพิ่มเติมสองตัว (FS และ GS) และไบต์ที่สำคัญที่สุดสองไบต์ของตัวอธิบายถูกกำหนดไว้สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ข้อแตกต่างอีกประการหนึ่งคือตัวอธิบายไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ใช้ที่อยู่ฐานเซ็กเมนต์ 32 บิตและฟิลด์ขีดจำกัดเซ็กเมนต์ 20 บิต แทนที่อยู่ฐาน 24 บิตและฟิลด์ขีดจำกัดเซ็กเมนต์ 16 บิตที่พบในไมโครโปรเซสเซอร์ 80286

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ระบุพื้นที่หน่วยความจำ 16 MB ด้วยที่อยู่พื้นฐาน 24 บิต และมีความยาวเซ็กเมนต์ 64 KB พร้อมฟิลด์ขีดจำกัด 16 บิต ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ใช้ที่อยู่พื้นฐาน 32 บิตเพื่อระบุพื้นที่หน่วยความจำ 4 GB และขนาดเซ็กเมนต์ถูกกำหนดโดยฟิลด์ขีดจำกัด 20 บิตที่ใช้ในสองวิธีที่แตกต่างกัน รายละเอียดบิต G (รายละเอียด) ของตัวอธิบายหรืออีกนัยหนึ่ง บิตเศษส่วนจะกำหนดหน่วยการวัดสำหรับขนาดเซ็กเมนต์: หาก G = 0 ขนาดจะถูกระบุเป็นไบต์ และหาก G = 1 ดังนั้นใน 4K หน้า ดังนั้น ขนาดเซ็กเมนต์ที่มีฟิลด์จำกัด 20 บิตสามารถเป็น 1 MB หรือ 4 GB ตามลำดับ

บิตรายละเอียด G ถูกนำมาใช้ใน descriptor ตั้งแต่ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 หากบิต G = 0 ค่าที่จัดเก็บไว้ในฟิลด์ขีดจำกัดจะถือเป็นขีดจำกัดขนาดเซกเมนต์โดยตรง ส่วน MB หากบิต G = 1 ตัวเลขที่เก็บไว้ในฟิลด์ขีดจำกัดจะถูกตีความว่าเป็น 00000XXXH-FFFFFXXXH โดยที่ XXX มีค่าใดๆ ระหว่าง 000H ถึง FFFH ซึ่งให้การเข้าถึงขนาดเซ็กเมนต์ตั้งแต่ 0 ไบต์ถึง 4 GB ในกลุ่มขนาด 4 KB ค่าขีดจำกัด 00001H บ่งชี้ว่าขีดจำกัดขนาดเซกเตอร์คือ 4 KB เมื่อบิต G คือ 1 หรือ 1 ไบต์เมื่อบิต G คือ 0 ตัวอย่างจะเป็นส่วนที่เริ่มต้นที่ที่อยู่จริง 10000000H สำหรับค่าขีดจำกัด 00001H และ G บิต = 0 ส่วนนี้เริ่มต้นที่ 10000000H และสิ้นสุดที่ 10000001H หากบิต G = 1 ที่ค่าขีดจำกัดเดียวกัน (00001Н) เซ็กเมนต์จะเริ่มต้นในเซลล์ 100000000Н และสิ้นสุดใน 10001FFFH

ในรูป รูปที่ 6.6 แสดงวิธีที่ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 จัดการกับเซ็กเมนต์หน่วยความจำในโหมดที่ได้รับการป้องกันโดยใช้ตัวเลือกและตัวอธิบาย การกำหนดที่อยู่ที่แสดงจะเหมือนกันกับวิธีที่ไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 จัดการกับเซ็กเมนต์ ความแตกต่างคือขนาดของเซ็กเมนต์ที่มีให้กับไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ตัวเลือก 13 บิตที่สำคัญที่สุด (บิต 15-3) ถูกใช้เพื่อเลือกคำอธิบายจากตารางคำอธิบาย บิตตัวบ่งชี้ตาราง TI (ตัวบ่งชี้ตาราง) (บิต 2 ของตัวเลือก) ระบุประเภทของตารางตัวอธิบาย: ท้องถิ่นถ้าบิต TI = 1 หรือทั่วโลกถ้าบิต TI = 0 สองบิตล่างของ RPL (ระดับสิทธิ์ที่ร้องขอ) (บิต 1- 0) ของตัวเลือกกำหนดระดับสิทธิ์ที่ร้องขอในการเข้าถึงเซกเตอร์

เนื่องจากตัวเลือกใช้รหัส 13 บิตในการเข้าถึงหมายเลขอ้างอิง แต่ละตาราง (ภายในหรือส่วนกลาง) มีหมายเลขอ้างอิงสูงสุด 8192 รายการ เนื่องจากขนาดเซ็กเมนต์ที่เป็นไปได้สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ถึง 4 GB จึงสามารถเข้าถึง 16,384 เซ็กเมนต์ในแต่ละครั้งโดยใช้ตารางคำอธิบายสองตาราง ทั้งหมดนี้ทำให้ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 รองรับหน่วยความจำเสมือนสูงสุด 64 TB (1 TB = 1024 MB) แน่นอนว่าระบบหน่วยความจำที่มีความจุเพียง 4 GB ก็มีอยู่จริง หากโปรแกรม ณ จุดใดจุดหนึ่งต้องการหน่วยความจำมากกว่า 4 GB ข้อมูลที่ต้องการสามารถสูบเข้าสู่ระบบหน่วยความจำจากดิสก์ไดรฟ์หรืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่อื่น ๆ ได้

ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 ใช้ตารางคำอธิบายสำหรับ global ( จีดีที) และท้องถิ่น (แอลดีที)คำอธิบาย ตารางคำอธิบายที่สามถูกใช้โดยคำอธิบายการขัดจังหวะ ( ได้รับ) หรือ วาล์ว(ประตู) หกไบต์แรกของตัวให้คำอธิบายไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 เหมือนกับไบต์ของไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ซึ่งให้ความเข้ากันได้ของซอฟต์แวร์ที่สูงขึ้น ค่าสูงสองไบต์ของตัวให้คำอธิบายไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ถูกสงวนไว้และมีค่า 00H คำอธิบายสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 และ 80386 แสดงไว้ในรูปที่ 1 6.7.

ตัวให้คำอธิบายไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 มีที่อยู่พื้นฐาน 32 บิต ฟิลด์ขีดจำกัดเซ็กเมนต์ 20 บิต และบิตรายละเอียด G ที่กำหนดตัวคูณขีดจำกัดเซกเมนต์ (1 หรือ 4K เท่า) หรือมิฉะนั้น ไม่ว่าขีดจำกัดจะระบุเป็นไบต์ (G) = 0) หรือหน้า 4K (G = 1) ต่อไปนี้เป็นวัตถุประสงค์ของฟิลด์ตัวอธิบายไมโครโปรเซสเซอร์ 80386:

□ฐาน (B31-B0)

ฟิลด์ Base กำหนดแอดเดรสฐาน (เริ่มต้น) 32 บิตของเซ็กเมนต์ในพื้นที่แอดเดรสฟิสิคัล 4 GB ของไมโครโปรเซสเซอร์ 80386

□ ขีดจำกัด (L19-L0)

ฟิลด์ Limit ระบุขนาดเซ็กเมนต์สูงสุดเป็นไบต์หากเป็นบิตรายละเอียด ก = 0,หรือในหน้า 4K หาก G = 1 ซึ่งช่วยให้คุณมีขนาดเซ็กเมนต์ตั้งแต่ 1 ไบต์ถึง 1 MB หากบิต G เป็น 0 หรือจาก 4 KB ถึง 1 GB หากบิต G เป็น 1 ควรจำไว้ว่าขีดจำกัด ระบุไบต์สุดท้ายในส่วน

□สิทธิ์การเข้าถึง

ฟิลด์สิทธิ์การเข้าถึงระบุระดับของสิทธิ์และข้อมูลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับเซ็กเมนต์ ไบต์นี้จะแตกต่างกันสำหรับคำอธิบายประเภทต่างๆ และมีการระบุไว้สำหรับแต่ละประเภท

รายละเอียดบิต G (รายละเอียด) เลือกตัวคูณ 1 หรือ 4K สำหรับฟิลด์ขีดจำกัดส่วน ถ้า G bit = 0 ตัวคูณจะเป็น 1 ถ้า G bit = 0 ตัวคูณจะเป็น 4K

บิต D (ขนาดเริ่มต้น) กำหนดขนาดเริ่มต้นของตัวถูกดำเนินการและรีจิสเตอร์ที่ใช้ ถ้า D = 0 ดังนั้น 16 บิต เช่นเดียวกับในไมโครโปรเซสเซอร์ 80286 ถ้า D = 1 จะเป็น 32 บิต เช่นเดียวกับในไมโครโปรเซสเซอร์ 80386 บิตนี้กำหนดว่าจำเป็นต้องมีคำนำหน้าสำหรับข้อมูล 32 บิตและการลงทะเบียนดัชนีหรือไม่ ถ้า D = 0 จำเป็นต้องมีคำนำหน้าเพื่อเข้าถึงการลงทะเบียนแบบ 32 บิตและใช้พอยน์เตอร์แบบ 32 บิต ถ้า D = 1 จำเป็นต้องมีคำนำหน้าสำหรับการเข้าถึงรีจิสเตอร์ 16 บิตและสำหรับพอยน์เตอร์ 16 บิต คุณลักษณะ use16 และ use32 ที่ใช้กับคำสั่งเซ็กเมนต์ในภาษาแอสเซมบลีจะควบคุมการตั้งค่าของบิต D การดำเนินการในโลกแห่งความเป็นจริงจะถือว่ารีจิสเตอร์เป็น 16 บิตเสมอ ดังนั้นคำสั่งใด ๆ ที่ระบุโดยรีจิสเตอร์หรือตัวชี้ 32 บิตจะต้องนำหน้า

บิต AVL (พร้อมใช้งาน) พร้อมใช้งานสำหรับระบบปฏิบัติการ และสามารถใช้งานได้หากจำเป็น มันไม่ได้ถูกใช้หรือแยกวิเคราะห์โดยโปรเซสเซอร์และมีไว้สำหรับการใช้งานโดยแอพพลิเคชั่นโปรแกรม

ตัวให้คำอธิบายมีสองประเภท: ตัวให้คำอธิบายโค้ดและเซ็กเมนต์ข้อมูล และตัวให้คำอธิบายเซ็กเมนต์ระบบ ตัวอธิบายตัวแรกกำหนดข้อมูล สแต็ก และส่วนของโค้ด ตัวให้คำอธิบายเซกเมนต์ของระบบได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับตารางระบบ งาน และเกต

1. โหมดการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์

2. องค์กรหน่วยความจำ

 โมเดลการใช้งาน RAM (แบ่งส่วน, เพจ)

 แนวคิดของแบบจำลองหน่วยความจำแบบแบ่งส่วน

 แนวคิดของแบบจำลองหน่วยความจำเพจ

 วิธีการจัดสรรหน่วยความจำแบบเซ็กเมนต์เพจ

3. โมเดลหน่วยความจำแบบแบน

โหมดการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์

โหมดจริง

นี่คือโหมดการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์ 16 บิตตัวแรก การมีอยู่นั้นเกิดจากการที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นสำหรับรุ่นเก่าในไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่

โหมดป้องกัน (มีการป้องกันโหมด)

หมายความว่าการประมวลผลแบบขนานสามารถป้องกันได้ด้วยฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

อนุญาตให้ใช้ความสามารถทั้งหมดที่ได้รับจากไมโครโปรเซสเซอร์ได้อย่างเต็มที่ ระบบปฏิบัติการมัลติทาสกิ้งสมัยใหม่ทั้งหมดทำงานในโหมดนี้

ออกแบบมาเพื่อรันโปรแกรมอิสระหลายโปรแกรม เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานร่วมกันของงานต่างๆ จำเป็นต้องปกป้องงานเหล่านั้นจากอิทธิพลซึ่งกันและกัน ปฏิสัมพันธ์ของงานจะต้องได้รับการควบคุม

โปรแกรมที่ออกแบบมาสำหรับโหมดจริงไม่สามารถทำงานได้ในโหมดที่ได้รับการป้องกัน (ที่อยู่ทางกายภาพถูกสร้างขึ้นตามหลักการที่แตกต่างกัน)

โหมดเสมือน 8086

การสลับไปใช้โหมดนี้สามารถทำได้หากไมโครโปรเซสเซอร์อยู่ในโหมดป้องกันอยู่แล้ว สามารถใช้งานหลายโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นสำหรับ i8086 ได้พร้อมกัน สามารถรันโปรแกรมโหมดจริงได้ ที่อยู่ทางกายภาพถูกสร้างขึ้นตามกฎของโหมดจริง

องค์กรหน่วยความจำ

หน่วยความจำกายภาพที่ไมโครโปรเซสเซอร์สามารถเข้าถึงได้ผ่านทางแอดเดรสบัสเรียกว่า แกะ (หรือหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม - RAM)

OP ถูกจัดระเบียบเป็นลำดับไบต์

แต่ละไบต์สอดคล้องกับที่อยู่เฉพาะ (หมายเลข) ซึ่งเรียกว่า ที่อยู่ทางกายภาพ .

กลไกการจัดการหน่วยความจำนั้นเป็นฮาร์ดแวร์ทั้งหมด เช่น ตัวโปรแกรมเองไม่สามารถสร้างที่อยู่หน่วยความจำกายภาพบนแอดเดรสบัสได้

ฮาร์ดแวร์ไมโครโปรเซสเซอร์รองรับหลายตัว รูปแบบการใช้งาน RAM:

 โมเดลแบบแบ่งส่วน

 โมเดลหน้า

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับโมเดลหน่วยความจำแบบเซ็กเมนต์

หน่วยความจำโปรแกรมจะแบ่งออกเป็นพื้นที่หน่วยความจำที่อยู่ติดกันเรียกว่า เซ็กเมนต์ .

เซ็กเมนต์เป็นองค์ประกอบเชิงตรรกะของโปรแกรม

ตัวโปรแกรมสามารถเข้าถึงเฉพาะข้อมูลที่อยู่ในส่วนเหล่านี้เท่านั้น

เซ็กเมนต์แสดงถึงความเป็นอิสระ รองรับฮาร์ดแวร์บล็อกหน่วยความจำ

การแบ่งส่วน- กลไกการระบุที่อยู่เพื่อให้แน่ใจว่ามีการมีอยู่ของช่องว่างที่อยู่อิสระหลายช่องทั้งภายในงานเดียวและในระบบโดยรวม เพื่อปกป้องงานจากอิทธิพลร่วมกัน

ความคิดเห็นโปรแกรมเมอร์สามารถแบ่งโปรแกรมออกเป็นแฟรกเมนต์ (เซ็กเมนต์) ได้อย่างอิสระ หรือทำให้กระบวนการนี้เป็นอัตโนมัติและกำหนดให้กับระบบการเขียนโปรแกรม

ไมโครโปรเซสเซอร์ของ Intel มีแนวทางพิเศษในการจัดการหน่วยความจำ โดยทั่วไป แต่ละโปรแกรมสามารถประกอบด้วยเซ็กเมนต์จำนวนเท่าใดก็ได้ แต่มีสิทธิ์เข้าถึงโดยตรงไปยัง 3 เซ็กเมนต์หลักเท่านั้น: โค้ด ข้อมูลและสแต็ก และเซ็กเมนต์ข้อมูลเพิ่มเติม (ทั้งหมด 3 รายการ)

ระบบปฏิบัติการ (! และไม่ใช่ตัวโปรแกรมเอง) จะวางส่วนของโปรแกรมใน OP ที่ที่อยู่ทางกายภาพที่แน่นอนและเขียนค่าของที่อยู่เหล่านี้ไปยังสถานที่บางแห่ง ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์:

 ในโหมดจริง ที่อยู่จะถูกวางลงในส่วนการลงทะเบียนโดยตรง (cs, ds, ss, es, gs, fs)

ในโหมดป้องกัน - ไปยังตารางตัวอธิบายระบบพิเศษ (องค์ประกอบของตารางตัวอธิบายคือตัวอธิบายเซ็กเมนต์ แต่ละเซ็กเมนต์มีตัวอธิบายเซ็กเมนต์ -8 ไบต์ มีตารางตัวอธิบายสามตาราง ที่อยู่ของแต่ละตารางถูกเขียนลงในอักขระพิเศษ ลงทะเบียนระบบ)

ในการเข้าถึงข้อมูลภายในเซ็กเมนต์ การเข้าถึงจะดำเนินการเชิงเส้นสัมพันธ์กับจุดเริ่มต้นของเซ็กเมนต์ กล่าวคือ เริ่มต้นจาก 0 และลงท้ายด้วยที่อยู่เท่ากับขนาดเซ็กเมนต์ ที่อยู่นี้มีชื่อว่า การกระจัด ( ชดเชย ).

ดังนั้น ในการเข้าถึงที่อยู่ทางกายภาพเฉพาะของ OP จำเป็นต้องกำหนดที่อยู่เริ่มต้นของเซ็กเมนต์และออฟเซ็ตภายในเซ็กเมนต์

ที่อยู่ทางกายภาพมักจะเขียนเป็นคู่ของค่าเหล่านี้คั่นด้วยเครื่องหมายทวิภาค

ตัวอย่างเช่น 0040:001Ch; 0000:041ช; 0020:021ช; 0041:000ช.

แต่ละเซ็กเมนต์มีการอธิบายโดยตัวอธิบายเซ็กเมนต์

ระบบปฏิบัติการจะสร้างตารางตัวให้คำอธิบายเซ็กเมนต์ที่สอดคล้องกันสำหรับกระบวนการดำเนินการแต่ละกระบวนการ และเมื่อวางแต่ละเซ็กเมนต์ใน RAM หรือหน่วยความจำภายนอก ตัวให้คำอธิบายจะทำเครื่องหมายตำแหน่งปัจจุบัน (บิตการแสดงตน)

ตัวอธิบายประกอบด้วยฟิลด์ที่อยู่ที่จุดเริ่มต้นของเซ็กเมนต์และฟิลด์ความยาวเซ็กเมนต์ ด้วยเหตุนี้คุณจึงสามารถควบคุมได้

1) การจัดวางส่วนต่างๆ โดยไม่ทับซ้อนกัน

2) มีการเข้าถึงรหัสของงานที่กำลังดำเนินการอยู่ภายนอกเซ็กเมนต์ปัจจุบันหรือไม่

ตัวอธิบายยังมีข้อมูลเกี่ยวกับสิทธิ์การเข้าถึงเซ็กเมนต์ (ข้อห้ามในการแก้ไขไม่ว่าจะสามารถมอบให้กับงานอื่นได้หรือไม่)  การป้องกัน

ข้อดี:

1) จำนวนหน่วยความจำเสมือนทั้งหมดเกินจำนวนหน่วยความจำกายภาพ

2) ความสามารถในการวางงานให้ได้มากที่สุดในหน่วยความจำ (จนถึงขีด จำกัด ที่แน่นอน)  เพิ่มโหลดของระบบและทรัพยากรระบบถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ข้อบกพร่อง:

1) เวลาในการเข้าถึงเซลล์หน่วยความจำที่ต้องการเพิ่มขึ้นเนื่องจาก จะต้องอ่านตัวอธิบายเซ็กเมนต์ก่อน จากนั้นโดยใช้ข้อมูล คุณสามารถคำนวณที่อยู่ทางกายภาพได้ (เพื่อลดการสูญเสียเหล่านี้ ใช้แคช - ตัวอธิบายที่ทำงานอยู่ในขณะนี้จะอยู่ในหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม - ในการลงทะเบียนตัวประมวลผลพิเศษ );

2) การกระจายตัว;

3) การสูญเสียหน่วยความจำสำหรับการวางตารางคำอธิบาย

4) การสูญเสียเวลา CPU สำหรับการประมวลผลตารางตัวอธิบาย

รุ่นหน่วยความจำแบบเซ็กเมนต์ได้รับการสนับสนุนทั้งในโหมดจริงและโหมดป้องกันของไมโครโปรเซสเซอร์

ทุกอะตอมในจักรวาล ไม่เพียงแต่วัตถุขนาดมหึมาต่างๆ เท่านั้นที่สามารถจัดเก็บข้อมูลได้ การกระทำระหว่างอะตอมสามารถอธิบายได้ว่าเป็นการดำเนินการเชิงตรรกะเบื้องต้น ซึ่งบิตควอนตัม ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของข้อมูลควอนตัม จะเปลี่ยนค่าของมัน แนวทางที่ขัดแย้งกันแต่มีแนวโน้มของ Seth Lloyd ช่วยให้เราสามารถแก้ไขปัญหาความซับซ้อนอย่างต่อเนื่องของจักรวาลได้อย่างสวยงาม แม้แต่โปรแกรมแบบสุ่มและสั้นมากเมื่อดำเนินการบนคอมพิวเตอร์ก็สามารถให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจอย่างยิ่ง จักรวาลกำลังประมวลผลข้อมูลอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ จึงคอยคำนวณอนาคตของตัวเองอยู่ตลอดเวลา และแม้แต่เหตุการณ์พื้นฐานเช่นการกำเนิดของชีวิต การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ และการเกิดขึ้นของสติปัญญา ก็สามารถและควรถือเป็นการปฏิวัติการประมวลผลข้อมูลอย่างต่อเนื่อง

ทฤษฎีบทมาร์โกลัส–เลวิตินระบุว่าความถี่สูงสุดที่ระบบทางกายภาพ (เช่น อิเล็กตรอน) สามารถเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้นั้นเป็นสัดส่วนกับพลังงานของระบบ ยิ่งมีพลังงานมากเท่าไร อิเล็กตรอนก็จะยิ่งใช้เวลาเดินทางจากที่นี่ไปที่นั่นน้อยลงเท่านั้น ทฤษฎีบทนี้เป็นเรื่องทั่วไปมาก สำหรับเธอ ไม่สำคัญว่าระบบใดจะจัดเก็บและประมวลผลข้อมูล สิ่งที่สำคัญคือพลังงานที่มีอยู่ในระบบในการประมวลผลข้อมูลนี้มีจำนวนเท่าใด ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาอะตอมและอิเล็กตรอนในคอมพิวเตอร์ของฉัน อุณหภูมิจะสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย แต่ละอะตอมและอิเล็กตรอนจะแกว่งไปมา และปริมาณพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนโดยทั่วไปยังคงเท่าเดิมสำหรับอะตอมและอิเล็กตรอน พลังงานต่อการสั่นสะเทือนเป็นเพียงสัดส่วนกับอุณหภูมิ ไม่ว่าเราจะพูดถึงอะตอมหรืออิเล็กตรอนก็ตาม ดังนั้น อัตราที่อิเล็กตรอนในคอมพิวเตอร์สามารถเคลื่อนที่จากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง จากที่นี่ไปที่นั่น หรือจาก 0 ไป 1 จึงเป็นอัตราเดียวกับอัตราที่อะตอมสามารถเคลื่อนที่จากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้ อิเล็กตรอนและอะตอมกลับบิตด้วยความถี่เดียวกัน

ทฤษฎีบทมาร์โกลัส–เลวิตินจัดให้มีวิธีการคำนวณความถี่สูงสุดที่บิตสามารถเปลี่ยนสถานะได้ ลองนำปริมาณพลังงานที่มีอยู่มาพลิกกลับเล็กน้อย คูณด้วย 4 แล้วหารด้วยค่าคงที่ของพลังค์ เป็นผลให้เราได้รับจำนวนการกลับบิตที่เป็นไปได้ต่อวินาที เมื่อใช้สูตรนี้กับอะตอมและอิเล็กตรอนในคอมพิวเตอร์ของฉัน เราพบว่าอะตอมและอิเล็กตรอนที่สั่นแต่ละตัวจะเปลี่ยนสถานะและบิตของมันประมาณ 30 ล้านล้าน (30 x 1,012) ครั้งต่อวินาที

ความเร็วที่อะตอมและอิเล็กตรอนกลับบิตของพวกมันมักจะเร็วกว่าความเร็วที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปทำมาก คอมพิวเตอร์ที่ฉันพิมพ์ใช้พลังงานมากกว่าพันล้านเท่าในการชาร์จและการคายประจุตัวเก็บประจุที่เก็บบิตของมันมากกว่าที่อะตอมและอิเล็กตรอนใช้ในการแกว่งและกลับบิตของพวกมัน แต่คอมพิวเตอร์ของฉันช้ากว่าอะตอมถึง 10,000 เท่า ความช้าของคอมพิวเตอร์ของฉันไม่ได้ขัดแย้งกับทฤษฎีบทมาร์โกลัส-เลวิติน ทฤษฎีบทนี้ให้แค่ขีดจำกัดบนว่าบิตสามารถเปลี่ยนสถานะได้เร็วแค่ไหน บิตสามารถทำได้ช้ากว่าอัตราสูงสุดที่ทฤษฎีบทอนุญาต อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะกลับบิตด้วยความเร็วสูงสุดเสมอ

ทฤษฎีบทมาร์โกลัส–เลวิตินกำหนดขีดจำกัดจำนวนการดำเนินการเบื้องต้น (ops) ที่บิตสามารถทำได้ต่อวินาที สมมติว่าเราปล่อยให้ปริมาณพลังงานที่มีอยู่ไม่เปลี่ยนแปลงเพื่อเปลี่ยนสถานะของบิต แต่ตอนนี้แบ่งพลังงานนั้นระหว่างสองบิต แต่ละบิตทั้งสองนี้จะได้รับพลังงานครึ่งหนึ่งของบิตดั้งเดิมของเรา และจะสามารถทำงานด้วยความเร็วเพียงครึ่งหนึ่ง แต่จำนวนการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดต่อวินาทีจะยังคงเท่าเดิม

หากคุณแบ่งปริมาณพลังงานที่มีอยู่ระหว่างสิบบิต แต่ละบิตจะเปลี่ยนสถานะช้าลงสิบเท่า แต่จำนวนการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดต่อวินาทีจะยังคงเท่าเดิม เช่นเดียวกับที่ไม่แยแสกับขนาดของระบบ ทฤษฎีบทนี้ไม่ได้ "สนใจ" ว่าพลังงานที่มีอยู่มาจากไหน จำนวนการดำเนินการสูงสุดต่อวินาทีคือพลังงาน อีคูณด้วย 4 และหารด้วยค่าคงที่ของพลังค์

ทฤษฎีบทมาร์โกลัส–เลวิตินทำให้การคำนวณพลังของแล็ปท็อปสัมบูรณ์เป็นเรื่องง่าย พลังงานแล็ปท็อปสัมบูรณ์สำหรับการคำนวณสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร E = อันโด่งดังของไอน์สไตน์ แมค?, ที่ไหน อี- พลังงาน, ม– มวลของแล็ปท็อป และ ค- ความเร็วของแสง. ด้วยการนำมวลของคอมพิวเตอร์สัมบูรณ์ของเรา (หนึ่งกิโลกรัม) และความเร็วแสง (300 ล้านเมตรต่อวินาที) เข้าไปในสูตรนี้ เราจะพบว่าแล็ปท็อปสัมบูรณ์นั้นมีพลังงานที่มีอยู่เกือบ 100 ล้านล้าน (1,017) จูลในการคำนวณ เพื่อให้ผลลัพธ์เดียวกันนี้อยู่ในรูปแบบพลังงานที่คุ้นเคยมากขึ้น แล็ปท็อปมีพลังงานที่มีอยู่ประมาณ 20 พันล้าน (2 x 1,013) กิโลแคลอรี ซึ่งเทียบเท่ากับแท่งลูกกวาด 100 พันล้านแท่ง นั่นเป็นพลังงานมาก

สิ่งที่เทียบเท่ากันที่คุ้นเคยอีกประการหนึ่งคือปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดของนิวเคลียร์ แล็ปท็อปสัมบูรณ์มีพลังงานยี่สิบเมกะตัน (20 ล้านตันของ TNT) สำหรับการคำนวณ ซึ่งเทียบได้กับปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อระเบิดไฮโดรเจนขนาดใหญ่ระเบิด โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อแล็ปท็อปสัมบูรณ์ของเรากำลังคำนวณด้วยความเร็วสูงสุด โดยใช้แคลอรี่ที่มีอยู่ทั้งหมดเพื่อเปลี่ยนสถานะของบิต ดูเหมือนการระเบิดนิวเคลียร์จากภายใน อนุภาคพื้นฐานที่เก็บและประมวลผลข้อมูลในการเคลื่อนย้ายแล็ปท็อปขั้นสุดยอดที่อุณหภูมิหนึ่งพันล้านองศา Ultimate Laptop ก็เปรียบเสมือนชิ้นส่วนเล็กๆ ของ Big Bang (เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์จะต้องสร้างความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ก่อนที่ใครก็ตามจะอยากจะวางแล็ปท็อประดับสุดยอดไว้บนตัก) ซึ่งส่งผลให้คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กแต่ทรงพลังของเราสามารถทำงานได้เป็นจำนวนมาก: หนึ่งล้านพันล้านพันล้านพันล้านพันล้าน (1,051) การดำเนินงานต่อวินาที Intel มีบางสิ่งที่ต้องมุ่งมั่น

แต่ Intel จะต้องไปไกลแค่ไหน? ลองพิจารณากฎของมัวร์: ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา จำนวนข้อมูลที่คอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลได้และความเร็วในการประมวลผลเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ สิบแปดเดือน เทคโนโลยีที่หลากหลาย—ล่าสุดคือวงจรรวม—ทำให้พลังการประมวลผลข้อมูลเพิ่มขึ้นนี้เป็นไปได้ ไม่มีเหตุผลว่าทำไมกฎของมัวร์จึงควรใช้ต่อไปทุกปี มันเป็นกฎแห่งความเฉลียวฉลาดของมนุษย์ ไม่ใช่กฎแห่งธรรมชาติ เมื่อถึงจุดหนึ่ง กฎของมัวร์จะหยุดทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่มีแล็ปท็อปใดที่สามารถคำนวณได้เร็วกว่าแล็ปท็อปสัมบูรณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้น

แต่อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์จะต้องใช้เวลานานแค่ไหนในการสร้างสุดยอดแล็ปท็อปในอัตราความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน? พลังงานคอมพิวเตอร์เพิ่มขึ้นสองเท่าทุก ๆ ปีครึ่ง ในเวลาสิบห้าปี มันเพิ่มขึ้นสองเท่าสิบเท่า นั่นคือเพิ่มขึ้นสามลำดับความสำคัญ กล่าวอีกนัยหนึ่ง คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันเร็วกว่าเครื่องจักรระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดยักษ์เมื่อห้าสิบปีก่อนถึงพันล้านเท่า คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันดำเนินการประมาณหนึ่งล้านล้านการดำเนินการต่อวินาที (1,012) ดังนั้น (หากกฎของมัวร์ยังคงอยู่จนถึงตอนนั้น) เราจะสามารถซื้อแล็ปท็อประดับสุดยอดในร้านประมาณปี 2205 ได้

ปริมาณพลังงานสำหรับการคำนวณจะจำกัดความเร็วของการคำนวณ แต่ความเร็วในการประมวลผลไม่ใช่คุณลักษณะเดียวที่เราสนใจเมื่อเราซื้อแล็ปท็อปเครื่องใหม่ สิ่งสำคัญไม่แพ้กันคือจำนวนหน่วยความจำ ความจุของฮาร์ดไดรฟ์สัมบูรณ์คือเท่าใด?

ภายในของสุดยอดแล็ปท็อปนั้นเต็มไปด้วยอนุภาคพื้นฐานที่แกว่งไปมาในระดับหนึ่งพันล้านองศาอย่างบ้าคลั่ง วิธีการเดียวกับที่นักจักรวาลวิทยาใช้ในการวัดปริมาณข้อมูลที่ปรากฏในช่วงบิกแบงก็สามารถใช้ในการวัดจำนวนบิตที่สมุดบันทึกสัมบูรณ์จับได้ อนุภาคที่แกว่งไปมาของสมุดบันทึกสัมบูรณ์จับได้ประมาณ 10,000 พันล้านพันล้านบิต (1031) นั่นเป็นจำนวนบิตที่มาก - มากกว่าข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในโลก

อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์จะใช้เวลานานเท่าใดจึงจะทราบถึงข้อกำหนดหน่วยความจำของแล็ปท็อปขั้นสุดยอด? กฎของมัวร์สำหรับความจุหน่วยความจำปัจจุบันเร็วกว่ากฎของมัวร์สำหรับความเร็วในการคำนวณ: ความจุของฮาร์ดไดรฟ์เพิ่มขึ้นสองเท่าเกือบทุกปี ในอัตรานี้ ใช้เวลาเพียงเจ็ดสิบห้าปีในการสร้างสุดยอดฮาร์ดไดรฟ์

แน่นอนว่ากฎของมัวร์สามารถใช้ได้ตราบใดที่ความเฉลียวฉลาดของมนุษย์ยังคงค้นหาวิธีใหม่ๆ เพื่อทำให้คอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลง เป็นการยากที่จะลดขนาดของการเชื่อมต่อ ทรานซิสเตอร์ และตัวเก็บประจุอย่างต่อเนื่อง และส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงก็ยิ่งควบคุมได้ยากขึ้น กฎของมัวร์ได้รับการประกาศว่าตายแล้วหลายครั้งก่อนหน้านี้เนื่องจากปัญหาทางเทคนิคอันชาญฉลาดอย่างใดอย่างหนึ่งที่ดูเหมือนจะไม่สามารถแก้ไขได้เมื่อมองแวบแรก แต่ทุกครั้ง วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ผู้ชาญฉลาดพบวิธีใหม่ในการตัดปมของเทคโนโลยี ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว เรามีหลักฐานการทดลองที่เชื่อถือได้ว่าส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์สามารถลดขนาดลงเป็นอะตอมได้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่จัดเก็บและประมวลผลข้อมูลในระดับอะตอมอยู่แล้ว ด้วยอัตราการย่อส่วนในปัจจุบัน กฎของมัวร์จะไม่ถึงระดับอะตอมอีกสี่สิบปี ดังนั้นจึงยังมีความหวังอยู่บ้าง

ไมโครโปรเซสเซอร์(MP) เป็นอุปกรณ์ควบคุมด้วยซอฟต์แวร์ที่ออกแบบมาเพื่อประมวลผล ข้อมูลดิจิทัลและการควบคุมกระบวนการของการประมวลผลนี้และทำในรูปแบบของหนึ่งหรือหลายขนาดใหญ่ วงจรรวม(ทวิ).

แนวคิด วงจรรวมขนาดใหญ่ปัจจุบันไม่ได้กำหนดไว้ชัดเจน ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าคลาสนี้ควรรวมไมโครวงจรที่มีองค์ประกอบมากกว่า 1,000 รายการบนชิป แท้จริงแล้วไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกนั้นพอดีกับพารามิเตอร์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ส่วนโปรเซสเซอร์ 4 บิตของชุดไมโครโปรเซสเซอร์ K584 ที่ผลิตในช่วงปลายทศวรรษ 1970 มีองค์ประกอบประมาณ 1,500 รายการ ตอนนี้ เมื่อไมโครโปรเซสเซอร์มีทรานซิสเตอร์หลายสิบล้านตัวและมีจำนวนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดย LSI เราหมายถึงความซับซ้อนเชิงฟังก์ชัน วงจรรวม.

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์(MPS) เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีฟังก์ชันการทำงานครบถ้วนซึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์ตั้งแต่หนึ่งเครื่องขึ้นไป โดยมีไมโครโปรเซสเซอร์เป็นพื้นฐาน

ไมโครโปรเซสเซอร์มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์และคุณสมบัติจำนวนมาก เนื่องจากในอีกด้านหนึ่งเป็นอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่มีฟังก์ชั่นซับซ้อน และในอีกด้านหนึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ในฐานะที่เป็นวิธีการของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ มีลักษณะเฉพาะโดยหลัก สถาปัตยกรรมนั่นคือชุดของคุณสมบัติซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่มอบให้กับผู้ใช้ ซึ่งรวมถึงระบบคำสั่ง ประเภทและรูปแบบของข้อมูลที่ประมวลผล โหมดการกำหนดแอดเดรส หมายเลขและการกระจายรีจิสเตอร์ หลักการโต้ตอบกับ RAM และอุปกรณ์ภายนอก (ลักษณะของระบบขัดจังหวะ การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง ฯลฯ) ตามสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์แบ่งออกเป็นหลายประเภท (รูปที่ 1.1)

ไมโครโปรเซสเซอร์สากลได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาการประมวลผลข้อมูลดิจิทัลประเภทต่างๆ ตั้งแต่การคำนวณทางวิศวกรรมไปจนถึงการทำงานกับฐานข้อมูล โดยไม่มีข้อจำกัดที่เข้มงวดในเรื่องเวลาที่งานเสร็จสิ้น ไมโครโปรเซสเซอร์ประเภทนี้เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางที่สุด ประกอบด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีชื่อเสียงเช่น Pentium series MP จาก Intel และ MP ตระกูล Athlon จาก AMD

ข้าว. 1.1.

ลักษณะของไมโครโปรเซสเซอร์สากล:

• ความลึกของบิต: กำหนดโดยความจุบิตสูงสุดของข้อมูลจำนวนเต็มที่ถูกประมวลผลใน 1 รอบนาฬิกา ซึ่งจริงๆ แล้วคือความจุบิต หน่วยตรรกะทางคณิตศาสตร์(อลู);
• ประเภทและรูปแบบของข้อมูลที่ประมวลผล
• ระบบคำสั่ง โหมดการกำหนดแอดเดรสตัวถูกดำเนินการ
• ความจุของ RAM ที่สามารถระบุตำแหน่งได้โดยตรง: กำหนดโดยความกว้างบิตของแอดเดรสบัส
• ความถี่สัญญาณนาฬิกาภายนอก สำหรับความถี่ในการซิงโครไนซ์มักจะระบุค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ซึ่งรับประกันการทำงานของวงจร สำหรับวงจรที่ซับซ้อนตามหน้าที่ ซึ่งรวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์ บางครั้งความถี่การซิงโครไนซ์ขั้นต่ำที่เป็นไปได้ก็จะถูกระบุด้วย การลดความถี่ให้ต่ำกว่าขีดจำกัดนี้อาจส่งผลให้วงจรขัดข้อง ในขณะเดียวกัน ในแอปพลิเคชัน MP ที่ไม่จำเป็นต้องมีประสิทธิภาพสูง การลดความถี่ในการซิงโครไนซ์ถือเป็นหนึ่งในส่วนของการประหยัดพลังงาน ในไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่จำนวนหนึ่ง เมื่อความถี่ลดลงก็จะกลายเป็น< спящий режим >โดยที่มันคงสภาพของมันไว้ ความถี่สัญญาณนาฬิกาภายในสถาปัตยกรรมเดียวกันทำให้คุณสามารถเปรียบเทียบประสิทธิภาพของไมโครโปรเซสเซอร์ได้ แต่การตัดสินใจทางสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันส่งผลต่อประสิทธิภาพมากกว่าความถี่
• ประสิทธิภาพ: พิจารณาโดยใช้การทดสอบพิเศษ และเลือกชุดการทดสอบในลักษณะที่ครอบคลุมคุณลักษณะต่างๆ ของสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ หากเป็นไปได้

ไมโครโปรเซสเซอร์สากลมักจะแบ่งออกเป็น ซีไอเอสซี- และ ไมโครโปรเซสเซอร์ RISC. ไมโครโปรเซสเซอร์ CISC(คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่สมบูรณ์ - การคำนวณด้วยระบบคำสั่งที่สมบูรณ์) รวมชุดคำสั่งคลาสสิกทั้งหมดเข้ากับโหมดการกำหนดที่อยู่ตัวถูกดำเนินการที่พัฒนาขึ้นอย่างกว้างขวาง สำหรับคลาสนี้เองที่มีไมโครโปรเซสเซอร์ประเภท Pentium อยู่ ในเวลาเดียวกัน ไมโครโปรเซสเซอร์ RISC(การคำนวณชุดคำสั่งที่ลดลง - การคำนวณด้วยระบบคำสั่งที่ลดลง) ใช้ดังต่อไปนี้จากคำจำกัดความ ลดจำนวนคำสั่งและโหมดการกำหนดที่อยู่ ก่อนอื่นเราควรเน้นไมโครโปรเซสเซอร์เช่น Alpha 21x64, Power PC จำนวนคำสั่งในชุดคำสั่งนั้นชัดเจนที่สุด แต่วันนี้ไม่ใช่ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดในทิศทางการพัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์สากลเหล่านี้ เราจะพิจารณาความแตกต่างอื่นๆ ในขณะที่เราศึกษาคุณลักษณะของสถาปัตยกรรม

ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบชิปตัวเดียว(OMK หรือ MK) มีไว้สำหรับใช้ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและในครัวเรือน เป็นวงจรรวมขนาดใหญ่ที่รวมอุปกรณ์ทั้งหมดที่จำเป็นในการใช้ระบบควบคุมดิจิทัลที่มีการกำหนดค่าขั้นต่ำ: โปรเซสเซอร์ (โดยปกติจะเป็นจำนวนเต็ม) หน่วยความจำคำสั่ง หน่วยความจำข้อมูล เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา อุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้สำหรับการสื่อสารกับสภาพแวดล้อมภายนอก ( ตัวควบคุมขัดจังหวะ, ตัวนับเวลา, พอร์ตอินพุต/เอาท์พุตต่างๆ), บางครั้งตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลและดิจิทัลเป็นแอนะล็อก ฯลฯ ในบางแหล่ง ไมโครโปรเซสเซอร์ประเภทนี้เรียกว่าไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว (SMC)

ปัจจุบัน สองในสามของไมโครโปรเซสเซอร์ LSI ทั้งหมดที่ผลิตในโลกเป็น MP ของคลาสนี้ และเกือบสองในสามมีความจุบิตไม่เกิน 16 บิต ถึงคลาสของชิปตัวเดียว ไมโครคอนโทรลเลอร์ประการแรก ได้แก่ ไมโครโปรเซสเซอร์ของซีรีส์ MCS-51 จาก Intel และไมโครโปรเซสเซอร์ที่คล้ายกันจากผู้ผลิตรายอื่นซึ่งสถาปัตยกรรมได้กลายเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัย

คุณสมบัติที่โดดเด่นของสถาปัตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร์แบบชิปตัวเดียว:

• การแยกหน่วยความจำคำสั่งและหน่วยความจำข้อมูลทางกายภาพและตรรกะ (สถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ด) ในขณะที่สถาปัตยกรรมนอยมันน์คลาสสิก โปรแกรมและข้อมูลจะถูกแชร์ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลและมีกลไกการเข้าถึงเหมือนกัน
• ระบบคำสั่งที่เรียบง่ายและมุ่งเน้นงาน: ตามกฎแล้ว MK ไม่มีเครื่องมือประมวลผลข้อมูลจุดลอยตัว แต่ในขณะเดียวกันระบบคำสั่งก็รวมคำสั่งที่เน้นการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพกับเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์เช่นคำสั่งสำหรับ การประมวลผลข้อมูลบิต
• โหมดการกำหนดที่อยู่ตัวถูกดำเนินการที่ง่ายที่สุด

ลักษณะสำคัญของไมโครคอนโทรลเลอร์(ตามตัวอย่างจะแสดงค่าตัวเลขสำหรับ MK-51):

1. ขนาดบิต (8 บิต)
2. ความจุของหน่วยความจำคำสั่งภายในและหน่วยความจำข้อมูล ความเป็นไปได้และขีดจำกัดของการขยาย:
   • หน่วยความจำคำสั่งภายใน - 4 KB (โดยเฉลี่ยแล้วคำสั่งจะมีความยาว 2 ไบต์ดังนั้นโปรแกรมที่มีความยาวประมาณ 2,000 คำสั่งจึงสามารถเก็บไว้ในหน่วยความจำภายใน) ขยายได้โดยเชื่อมต่อหน่วยความจำภายนอกสูงสุด 64 KB;
   • หน่วยความจำข้อมูลบนชิป 128 ไบต์ (คุณสามารถเชื่อมต่อหน่วยความจำภายนอกด้วยความจุรวมสูงสุด 64 KB)
3. ความถี่สัญญาณนาฬิกา:
   • ความถี่ภายนอก 12 MHz;
   • ความถี่รอบเครื่อง 1 MHz
4. ความเป็นไปได้ในการโต้ตอบกับอุปกรณ์ภายนอก: ปริมาณและวัตถุประสงค์ พอร์ตไอ/โอคุณลักษณะของระบบขัดจังหวะ การสนับสนุนซอฟต์แวร์สำหรับการโต้ตอบกับอุปกรณ์ภายนอก

ความพร้อมใช้งานและลักษณะของบิวท์อิน ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล(ADC) และตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC) เพื่อลดความซับซ้อนในการประสานงานกับเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์ของระบบควบคุม

ไมโครโปรเซสเซอร์แบบแบ่งพาร์ติชัน(ชื่ออื่น: ไมโครโปรแกรมและบิตโมดูลาร์) เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ที่ออกแบบมาสำหรับการสร้างโปรเซสเซอร์เฉพาะ เป็นส่วนไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีความจุค่อนข้างน้อย (ตั้งแต่ 2 ถึง 16) โดยที่ผู้ใช้สามารถเข้าถึงระดับการควบคุมไมโครโปรแกรมและวิธีการรวมหลายส่วนเข้าด้วยกัน

องค์กรนี้อนุญาตให้คุณออกแบบโปรเซสเซอร์ตามความจุที่ต้องการและมีระบบการสอนพิเศษ เนื่องจากความจุบิตต่ำ จึงสามารถสร้างส่วนไมโครโปรเซสเซอร์โดยใช้เทคโนโลยีความเร็วสูงได้ การรวมกันของปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมดทำให้สามารถสร้างโปรเซสเซอร์ที่มุ่งเน้นคลาสอัลกอริธึมที่กำหนดได้ดีที่สุด ทั้งในแง่ของระบบคำสั่งและโหมดการกำหนดแอดเดรส และในรูปแบบข้อมูล

ไมโครโปรเซสเซอร์แบบแบ่งพาร์ติชันชุดแรกชุดหนึ่งคือ MP LSI ของตระกูล Intel 3000 ในประเทศของเราพวกมันถูกผลิตขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของซีรี่ส์ K589 และ 585 องค์ประกอบการประมวลผลชุดนี้เป็นไมโครโปรเซสเซอร์สองบิต ชุดไมโครโปรเซสเซอร์แบบแบ่งพาร์ติชันที่พบบ่อยที่สุดคือ Am2900 ซึ่งใช้ส่วน 4 บิต ในประเทศของเราอะนาล็อกของชุดอุปกรณ์นี้ผลิตขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของซีรี่ส์ K1804 ชุดนี้ประกอบด้วย BIS ต่อไปนี้:

• ALU ส่วนบิต;
• บล็อกการถ่ายโอนแบบเร่ง
• ALU ส่วนบิตพร้อมการสนับสนุนฮาร์ดแวร์สำหรับการคูณ
• ชนิดของวงจรควบคุมไมโครโปรแกรม
• ตัวควบคุมสถานะและกะ
• ตัวควบคุมการขัดจังหวะลำดับความสำคัญ.

ข้อเสียเปรียบหลักของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ LSI แบบแบ่งพาร์ติชันคือความซับซ้อนของการออกแบบ การดีบัก และการเขียนโปรแกรมระบบตามระบบเหล่านั้น การใช้ระบบคำสั่งพิเศษทำให้ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ต่างๆ ไม่เข้ากัน ความสามารถในการสร้างโปรเซสเซอร์พิเศษที่เหมาะสมที่สุดในหลายประการนั้นจำเป็นต้องอาศัยการทำงานของนักพัฒนาที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเป็นระยะเวลานาน อย่างไรก็ตามการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์นำไปสู่ความจริงที่ว่าในระหว่างการออกแบบโปรเซสเซอร์พิเศษไมโครโปรเซสเซอร์สากลได้รับการพัฒนาซึ่งความสามารถครอบคลุมถึงผลประโยชน์เชิงสมมุติจากการออกแบบอุปกรณ์พิเศษ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าในปัจจุบันไมโครโปรเซสเซอร์ LSI ระดับนี้ไม่ได้ใช้งานจริง

โปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิตอล, หรือ โปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิตอลเป็นไมโครโปรเซสเซอร์ระดับการพัฒนาอย่างรวดเร็วที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาดิจิทัล การประมวลผลสัญญาณ- การประมวลผลสัญญาณเสียง รูปภาพ การจดจำรูปแบบ ฯลฯ รวมถึงคุณสมบัติมากมายของไมโครคอนโทรลเลอร์แบบชิปตัวเดียว: สถาปัตยกรรมของฮาร์วาร์ด หน่วยความจำคำสั่งและข้อมูลในตัว ความสามารถขั้นสูงสำหรับการทำงานกับอุปกรณ์ภายนอก ในขณะเดียวกันก็มีคุณสมบัติของ MP สากลโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสถาปัตยกรรม RISC: การจัดระเบียบงานซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์สำหรับการปฏิบัติงานด้วย จุดลอยตัวการสนับสนุนฮาร์ดแวร์สำหรับการคำนวณเฉพาะทางที่ซับซ้อน โดยเฉพาะการคูณ

เป็นผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ไมโครโปรเซสเซอร์มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์จำนวนหนึ่ง พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดมีดังต่อไปนี้:

1. ข้อกำหนดการซิงโครไนซ์: ความถี่สูงสุด, ความเสถียร
2. จำนวนและพิกัดของแหล่งจ่ายไฟ ข้อกำหนดเพื่อความเสถียร ปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะลดแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะช่วยลดการกระจายความร้อนของวงจรและทำให้ความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้น หากไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกทำงานที่แรงดันไฟฟ้า +-15V ในปัจจุบัน วงจรแต่ละวงจรจะใช้แหล่งจ่ายที่น้อยกว่า 1 V
3. การกระจายพลังงาน- นี่คือการสูญเสียพลังงานในระยะเอาท์พุตของวงจรซึ่งเปลี่ยนเป็นความร้อนและทำให้ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตร้อนขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นลักษณะอัตราการปล่อยความร้อนของ LSI ซึ่งกำหนดข้อกำหนดสำหรับการออกแบบเป็นส่วนใหญ่ ระบบไมโครโปรเซสเซอร์. คุณลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับ MPS แบบฝัง
4. ระดับสัญญาณของศูนย์โลจิคัลและโลจิคัลหนึ่งซึ่งสัมพันธ์กับพิกัดของแหล่งจ่ายไฟ
5. ประเภทเคส - ช่วยให้คุณประเมินความเหมาะสมของวงจรสำหรับการใช้งานในสภาวะบางประการรวมถึงความเป็นไปได้ในการใช้ LSI ใหม่เพื่อทดแทนอันที่มีอยู่บนบอร์ด
6. อุณหภูมิแวดล้อมที่วงจรสามารถทำงานได้ มีสองช่วงที่นี่:
   • เชิงพาณิชย์ (0 0 C ... +70 0 C);
   • ขยายเวลา (-40 0 C ... +85 0 C)
7. ภูมิคุ้มกันทางเสียง- กำหนดความสามารถของวงจรในการทำงานเมื่อมีสัญญาณรบกวน การป้องกันเสียงรบกวนประเมินโดยความรุนแรงของการรบกวน ซึ่งการรบกวนการทำงานของอุปกรณ์ยังไม่เกินขีดจำกัดที่อนุญาต ยิ่งการรบกวนที่อุปกรณ์ยังคงทำงานอยู่มีมากขึ้นเท่าใด ภูมิต้านทานต่อการรบกวนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
8. ความสามารถในการรับน้ำหนักหรือปัจจัยการแตกแขนงเอาท์พุต ถูกกำหนดโดยจำนวนวงจรในอนุกรมเดียวกัน ซึ่งอินพุทสามารถต่อเข้ากับเอาท์พุทของวงจรที่กำหนดได้โดยไม่รบกวนการทำงานของวงจร ยิ่งความจุโหลดสูงเท่าใด ความสามารถเชิงตรรกะของวงจรก็จะกว้างขึ้นเท่านั้น และจำเป็นต้องใช้วงจรขนาดเล็กน้อยลงเพื่อสร้างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม เมื่อค่าสัมประสิทธิ์นี้เพิ่มขึ้น ภูมิคุ้มกันทางเสียงและประสิทธิภาพจะลดลง
9. ความน่าเชื่อถือคือความสามารถของวงจรในการรักษาระดับคุณภาพการทำงานภายใต้สภาวะที่กำหนดตลอดระยะเวลาที่กำหนด มักจะมีลักษณะเฉพาะ อัตราความล้มเหลว(ชั่วโมง-1) หรือเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว (ชั่วโมง) ปัจจุบันผู้ผลิตมักไม่ได้ระบุพารามิเตอร์นี้สำหรับวงจรรวมขนาดใหญ่ ความน่าเชื่อถือของ MP LSI สามารถตัดสินได้จากตัวบ่งชี้ทางอ้อม เช่น จากความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์โดยรวมที่อ้างถึงโดยนักพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์
10. ลักษณะกระบวนการ. ตัวบ่งชี้หลักที่นี่คือความละเอียดของกระบวนการ ปัจจุบันอยู่ที่ 32 นาโนเมตรนั่นคือประมาณ 30,000 เส้นต่อ 1 มม. กระบวนการทางเทคโนโลยีขั้นสูงทำให้สามารถสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีฟังก์ชันการทำงานที่ดียิ่งขึ้น

ต้นทุนของอุปกรณ์การผลิตที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ LSI แสดงไว้ในรูปที่ 1 1.2. ที่นี่:

1. ต้นทุนการผลิต LSI (ยิ่งระดับการรวมองค์ประกอบบนชิปมากขึ้นเท่าใด การผลิตวงจรก็จะยิ่งมีราคาแพงมากขึ้นเท่านั้น)
2. ค่าประกอบและตั้งค่า ระบบไมโครโปรเซสเซอร์(ด้วยการเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของ MP จะต้องใช้วงจรน้อยลงในการสร้าง MPS)
3. ค่าใช้จ่ายทั้งหมด ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งประกอบด้วยต้นทุน (1) และ (2) มันมีค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีในระดับที่กำหนด
4. การเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีใหม่ (จำนวนองค์ประกอบที่แตกต่างกันบนชิปจะเหมาะสมที่สุดและต้นทุนรวมของผลิตภัณฑ์จะลดลง)

ในปี 1965 กอร์ดอน มัวร์ ได้ตั้งสมมติฐานที่ปัจจุบันเรียกว่า<закон Мура>ตามจำนวนทรานซิสเตอร์ต่อหนึ่งทุกๆ 1.5-2 ปี วงจรรวมจะเพิ่มเป็นสองเท่า มั่นใจได้ด้วยการปรับปรุงกระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องสำหรับการผลิตไมโครวงจร

Intel บริษัทที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากที่สุด ได้แยกความแตกต่างหกขั้นตอนในวงจรชีวิตของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่สร้างและใช้ในองค์กร

ระยะแรกสุดเกิดขึ้นนอก Intel - ในห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยและศูนย์วิจัยอิสระ ซึ่งมีการค้นหาหลักการและวิธีการทางกายภาพใหม่ๆ ที่สามารถสร้างพื้นฐานของรากฐานทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในปีต่อๆ ไป บริษัทให้ทุนสนับสนุนการวิจัยนี้

ในขั้นตอนที่สอง นักวิจัยของ Intel เลือกพื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ในกรณีนี้มักจะพิจารณาตัวเลือกโซลูชัน 2-3 รายการ

ภารกิจหลักของขั้นตอนที่สามคือการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่อย่างคร่าวๆ และการสาธิตความเป็นไปได้

หลังจากนี้ ขั้นตอนที่สี่เริ่มต้นขึ้น เป้าหมายหลักคือเพื่อให้แน่ใจว่าบรรลุผลตามค่าที่ระบุของตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่สำคัญ เช่น ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสม ความน่าเชื่อถือ ต้นทุน และอื่นๆ ความสมบูรณ์ของขั้นตอนนี้ได้รับการยืนยันโดยการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่ชุดแรกในอุตสาหกรรม

ขั้นตอนที่ห้าคือการพัฒนาอุตสาหกรรมของเทคโนโลยีใหม่ ปัญหานี้ไม่ซับซ้อนไม่น้อยไปกว่าการพัฒนาเทคโนโลยี เนื่องจากเป็นการยากมากที่จะทำซ้ำอย่างแม่นยำในสภาวะการผลิตจริงที่ได้รับในห้องปฏิบัติการ โดยทั่วไป นี่คือจุดที่ความล่าช้าเกิดขึ้นกับช่วงเวลาของการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่ พร้อมกับความสำเร็จของปริมาณการจัดหาที่วางแผนไว้และต้นทุนการผลิต

ขั้นตอนสุดท้ายที่หกของวงจรชีวิตเทคโนโลยี (ก่อนที่จะละทิ้งการใช้งาน) คือความสมบูรณ์ เทคโนโลยีที่สมบูรณ์อยู่ระหว่างการปรับปรุงบางอย่างเพื่อเพิ่มผลผลิตของอุปกรณ์และลดต้นทุนการผลิต ทำให้มั่นใจได้ถึงปริมาณการผลิตหลัก เมื่อมีการแนะนำเทคโนโลยีใหม่ขั้นสูงเพิ่มเติม<старые>การผลิตกำลังถูกชำระบัญชี

แต่ไม่ใช่ในทันที: ขั้นแรกพวกมันจะถูกถ่ายโอนไปยังการผลิตไมโครวงจรที่มีความเร็วต่ำกว่าหรือมีทรานซิสเตอร์น้อยลง เช่น อุปกรณ์ต่อพ่วง LSI