Курсовая работа. Промышленные и персональные компьютеры на основе процессоров Эльбрус
 Скачать 0.99 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" Кафедра систем информационной безопасности, систем управления и телекоммуникаций. Аппаратно-программная база микропроцессорных управляющих систем. Курсовая работа на тему: Промышленные и персональные компьютеры на основе процессоров Эльбрус Выполнил: студент гр. Р-З.V Проверил: Нижний Новгород 2022г. Оглавление Введение 1. Промышленные и персональные компьютеры 2. ЗАО "МЦСТ" 2.1 Микропроцессор R-500S 2.2 Микропроцессор Эльбрус 2.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+ 2.4 Микропроцессор МЦСТ-4R 3. ГУП НПЦ "ЭЛВИС" 3.1 Цифровые сигнальные процессоры Заключение Список литературы ВведениеКогда-то еще советские ЭВМ занимали лидирующую позицию среди своих конкурентов. В это мало верится, но знаменитая БЭСМ-6 (первая в СССР на основе транзисторов и ИС), разработанная под руководством легендарного Сергея Лебедева рассчитывала траекторию полета космического корабля "Союз-19" и американского "Аполлона". Но это было в 70-х, теперь Россия врятли может похвастаться своей компьютерной индустрией. Цель нижеследующего - выяснить, что на сегодняшний день творится с Российским компьютеростроением и ждет его в будущем. Развал СССР полностью привел в упадок наше высокотехнологическое производство, однако оставались научные центры, которые не переставали вести разработки. В этой курсовой работе я рассмотрю два таких центра: ЗАО "МЦСТ" и ГУП НПЦ "ЭЛВИС". Создан промышленный ПК на базе процессора «Эльбрус-8С»«Ростех» разработал компьютер «Эльбрус 801-К» на чипе «Эльбрус-8С» с пассивным охлаждением и поддержкой одновременного подключения шести мониторов. На него можно установить широкий спектр Linux-дистрибутивов и использовать его везде, где требуются защищенные промышленные компьютеры.  Полностью отечественный ПККонцерн «Автоматика», входящий в состав госкорпорации «Ростех», разработал вычислительный комплекс «Эльбрус 801-К». Это компьютер на основе российского процессора «Эльбрус-8С», и, как сообщили CNews представители «Ростеха», он может применяться в качестве промышленного сервера или рабочей станции либо размещаться на транспортных средствах, где необходима быстрая обработка больших объемов данных. Компьютер был создан для эксплуатации в труднодоступных для техобслуживания местах. Помимо этого, он может применяться для работы в составе мобильных центров обработки данных (ЦОД) или в качестве бортовой цифровой вычислительной машины. Сотрудники «Ростеха» рассказали CNews, что «Эльбрус 801-К» также может использоваться везде, где требуются защищенные промышленные компьютеры либо вычислительные серверы, например, в железнодорожной сферах, а также в области добывающей промышленности и на промышленных предприятиях, Компьютер может устанавливаться непосредственно в цехах, в сложных условиях эксплуатации.  «Эльбрус 801-К» «Промышленный компьютер на базе процессора Эльбрус-8С позволяет создавать экономичные вычислительные узлы. Новинка Концерна “Автоматика” обеспечивает выполнение любых современных задач в самых сложных условиях и будет незаменима в энергетической и транспортной отраслях, а также в силовых ведомствах», – отметил генеральный директор Концерна «Автоматика» Владимир Кабанов. Тяжелый и бесшумныйОдна из особенностей компьютера «Эльбрус 801-К», помимо наличия у него отечественного процессора – это широкий спектр интерфейсов. Все они, с учетом форм-фактора ПК, выведены на фронтальную панель. Открывают список шесть портов miniDisplayPort для одновременного подключения такого же количества мониторов, что позволяет размещать «Эльбрус 801-К» в мобильных ситуационных центрах, диспетчерских и других применениях, где отображаются большие объемы визуальной информации. Представители «Ростеха» рассказали CNews, что для подключения периферии в этом компьютере есть четыре порта USB-A 2.0, плюс имеются три гигабитных Ethernet-порта, пять аудиоразъемов и один RS-232 (COM-порт). Разъем питания, как и кнопки включения и перезагрузки, тоже расположены спереди.  Массивный корпус «Эльбрус 801-К» выполняет роль радиатора Внутри «Эльбрус 801-К» нет активной системы охлаждения – тепло от процессора выводится прямо на корпус. Для повышения надежности в компьютере вовсе не предусмотрены компоненты с подвижными частями – нет кулера и нет жесткого диска, а в качестве основного накопителя используется 250-гигабайтный SSD-драйв. Компьютер поставляется с 8 ГБ оперативной памяти стандарта DDR3 и встроенным блоком питания, вместе с которым весит 18 кг. Размеры корпуса составили 483х318х172 мм, а суммарная потребляемая мощность ПК не превышает 150 Вт. 2. ЗАО "МЦСТ"Закрытое акционерное общество "МЦСТ", правопреемник ТОО "Московский Центр SPARC-технологий", разрабатывает универсальные высокопроизводительные микропроцессоры и вычислительные комплексы. Опыт его коллектива формировался в течение многих лет, начиная от создания нескольких поколений мощных советских компьютеров "Эльбрус" до выпуска современных вычислительных комплексов этой серии. В них реализованы передовые принципы компьютерной архитектуры, используются созданные высокоэффективные оптимизирующие компиляторы, обеспечивается двоичная совместимость с платформой х86 и защищенность программирования, существенно развиты возможности стандартных операционных систем. Особое внимание в проектах предприятия уделяется достижению максимальной скорости вычислений и надежности вычислительных средств. Благодаря этим свойствам, разработанные компанией вычислительные средства стали основой и определены для дальнейшего применения в ряде систем государственного значения. В настоящее время серийная продукция ЗАО "МЦСТ" включает микропроцессоры собственной разработки, процессорные модули и вычислительные комплексы на их базе. Разработаны и серийно выпускаются: двухядерный микропроцессор "МЦСТ R-500S" с архитектурой, совместимой со SPARC (0.13 мкм) процессорный модуль "МВС/С" на основе четырех систем на кристалле "МЦСТ R-500S" микропроцессор "Эльбрус" с разработанной компанией архитектурой Е2К (0.13 мкм) вычислительный комплекс (ВК)"Эльбрус-3М1" на базе микропроцессора "Эльбрус" 2.1 Микропроцессор R-500S Рисунок 1 - Микропроцессор R500S Микросхема R-500S представляет собой двухпроцессорную систему на кристалле со встроенными кэшем второго уровня, контроллером оперативной памяти и контроллерами периферийных каналов. Она является наиболее производительной отечественной универсальной системой на кристалле с процессорным ядром архитектуры SPARC. Микросхема разработана по технологическим нормам 0,13 мкм с использованием библиотек стандартных элементов. В микросхеме реализованы функции и режимы, обеспечивающие: организацию параллельных вычислений; аппаратную поддержку организации многоуровневой памяти; организацию многомашинных комплексов; полную программную совместимость с архитектурой SPARC V8; отказоустойчивость; исправление одиночных и обнаружение двойных ошибок в используемых встроенных памятях и в оперативной памяти, контроль по четности встроенных памятей, не содержащих уникальной информации. Рассмотрим основные характеристики системы на кристалле R-500S Таблица 1: Основные характеристики системы на кристалле R-500S
Микросхема R-500S предназначена для создания высокопроизводительных одноплатных ЭВМ для носимых и встроенных применений.  Рисунок 2 - Блок-схема микропроцессора R-500S В состав микросхемы R-500S входят следующие основные узлы и компоненты: CPU0 и CPU1 - процессорные ядра; L2 cache - общая кэш память второго уровня объемом 512 Кбайт; SCom - системный коммутатор; MC - контроллер оперативной памяти; RDMA - контроллер каналов удаленного доступа для связи с другими СнК; CPU0 и CPU1 - процессорные ядра; MSI - контроллер сопряжения системного и периферийного интерфейсов; SCSI - контроллер внешней периферийной шины SCSI; Ethernet - контроллер канала Ethernet; EBus - периферийная шина EBus; LVDS Links - высокоскоростные байтовые каналы; SEC - контроллер низкоскоростных байтовых каналов, таймеров и прерываний; DDR memory - канал связи с памятью. Большой набор реализованных в микросхеме интерфейсов позволяет оптимально удовлетворить требования заказчиков вычислительных средств. 2.2 Микропроцессор Эльбрус Рисунок 3 - Микропроцессор Эльбрус Микропроцессор "Эльбрус" представляет собой новое поколение высокопроизводительных микропроцессоров, основанных на отечественной архитектуре E2K. Предназначен для построения вычислительных комплексов "Эльбрус-3М1", а также других универсальных или специализированных вычислительных средств. Новые возможности микропроцессора предусматривают существенное увеличение производительности вычислительных систем: широкое командное слово допускает выполнение до 23 операций за такт; технология двоичной компиляции, поддерживаемая аппаратно, гарантирует полную, эффективную и надежную совместимость с архитектурой х86; аппаратная поддержка типов данных, реализованная в микропроцессоре, обеспечивает защиту программ, простоту их наладки и высокую надежность. Таблица 2: Основные характеристики микропроцессора "Эльбрус"
 Рисунок 4 - Структура микропроцессора "Эльбрус" В состав микросхемы Эльбрус входят следующие основные узлы и компоненты: ALU0. ALU5 - арифметико-логические устройства; APU - устройство предварительной подкачки массивов; APB - буфер предварительной подкачки массивов; bypass, bypass A,,bypass B - обходные каналы; CU - устройство управления; PF - предикатный файл; IB - буфер команд; D$L1 - кэш данных 1-го уровня; D$L2 - кэш данных 2-го уровня; MAU - устройств организации доступа в оперативную память; MMU - устройство организации виртуальной памяти. Процессор успешно прошел государственные испытания и получил высокую оценку Государственной комиссии. В Акте Комиссии по проведению государственных испытаний отмечается, что архитектура микропроцессора "Эльбрус" является оригинальной отечественной разработкой, отражающей современные тенденции развития вычислительной техники. По архитектурно-логическим решениям микропроцессор "Эльбрус" находится на современном мировом уровне, а по ряду решений превосходит его. К серийному производству рекомендованы: микросхема "Эльбрус-2С+" система на кристалле "Эльбрус-S модуль МВ3S/C на базе микросхемы "Эльбрус-S" 2.3 Микропроцессор Эльбрус-2С+ Рисунок 5 - Микропроцессор Эльбрус-2С+ Эльбрус-2С+ - первый гибридный высокопроизводительный микропроцессор фирмы МЦСТ. Он содержит 2 ядра архитектуры Эльбрус и 4 ядра цифровых сигнальных процессоров (DSP) фирмы Элвис. Для гибридного процессора реализована версия компилятора с языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах CPU, и процедур для DSP. Таблица 3: Основные характеристики системы на кристалле Эльбрус-2C+
Для гибридного процессора реализована версия компилятора с языка Си, позволяющая компилировать код для ядер DSP и обеспечивать эффективное взаимодействие основной программы, исполняющейся на ядрах CPU и процедур для DSP.  Рисунок 6 - Блок-схема микропроцессора Эльбрус-2C+ Основная сфера применения процессора Эльбрус-2С+ - системы цифровой интеллектуальной обработки сигнала, такие как радары, анализаторы изображений и т.п. В стадии разработки находятся: четырехядерная система на кристалле "МЦСТ-4R" с архитектурой процессоров, совместимой со SPARC модуль МУП/С для индустриальных применений носимый терминал (защищенный ноутбук) тонкий клиент 2.4 Микропроцессор МЦСТ-4RМикросхема "МЦСТ-4R" представляет собой четырехядерную систему на кристалле с встроенными общим кэшем второго уровня, и контроллером когерентности, контроллером канала ввода-вывода, системным коммутатором и контроллерами межсистемного обмена. Таблица 4: Основные характеристики системы на кристалле МЦСТ-4R
Микросхема и разрабатываемые на ее базе процессорные модули МВС4/С, МВС4-РС предназначены к использованию в совместимых с высокопроизводительных вычислительных комплексах для автоматизированных систем управления, а также для создания высокопроизводительных одноплатных ЭВМ носимых и встроенных приложений.  Рисунок 7 - Блок-схема микросхемы МЦСТ-4R В состав микросхемы МЦСТ-4R входят следующие основные узлы и компоненты: CPU0. CPU3 - четыре процессорных ядра; L2 cache - кэш память второго уровня; CC - контроллер когерентности MC - контроллер оперативной памяти DDR2 SDRAM; IOCC - контроллер канала ввода-вывода; ISCC - контроллеры межсистемного обмена; SCom - системный коммутатор. К областям применения микросхемы "МЦСТ-4R" и модулей МВС4/С, МВС4-РС относятся: Носимые малогабаритные ЭВМ для использования в качестве: компьютеры для работы в полевых условиях, в частности для выполнения оперативных расчетов, хранения справочной информации, подготовки документов различного назначения и др.; терминала радиоэлектронных и связных систем, передвижных и носимых комплексов аппаратуры, терминала контрольно-поверочной аппаратуры на технических позициях, а также в качестве устройства хранения и подготовки документов, связанных с эксплуатацией сложных комплексов, др. применений. ЭВМ автоматизированных рабочих мест операторов для использования в качестве средств отображения, документирования выполняемой работы; Встраиваемые управляющие ВК для решения задач обработки информации и управления работой специальных объектов в реальном масштабе времени Класс мобильных отказоустойчивых серверов для построения автоматизированных систем специального. назначения, в частности, АС органов управления. ЗАО "МЦСТ" владеет технологиями проектирования, позволяющими разрабатывать российские компьютеры высокого конструктивно-технологического уровня. В настоящий момент предприятие проектирует следующие виды компьютерной аппаратуры: 3. ГУП НПЦ "ЭЛВИС"Государственное унитарное предприятие научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" является одним из ведущих Fabless электронных центров проектирования СБИС в России, а также отечественным лидером в области охранных технологий, лауреатом многих национальных премий. Предприятие создано в марте 1990 года на базе структурного подразделения научно-производственного объединения "ЭЛАС", выполнявшего в 1960-80 гг. передовые разработки в области космической электронной техники: от разработки собственных САПР до полностью законченных аппаратно-программных бортовых систем управления и обработки информации космического базирования серий "Салют", в частности, функционировавших на борту станции "МИР". В 1974г. был разработан первый в СССР КМОП микропроцессорный комплект сверхбольших интегральных схем (СБИС). Всего же было разработано более 400 микросхем. Среди них: серии программируемых сигнальных контроллеров "Мультикор" для применений от мобильных систем связи до высокопроизводительных радарных и гидроакустических комплексов, а также криптографических систем; серия программируемых аналого-цифровых ИМС "Мультифлекс" для цифрового преобразования частоты в системах ввода и предобработки сигналов в фазированных антенных решетках, радарах и системах связи; серия программируемых элементов системного сопряжения "Мультикор - конструктор" для ИМС серий "Мультикор", которая обеспечит новую концепцию проектирования бортовых встраиваемых систем; В настоящий момент предприятие выпускает: Цифровые сигнальные процессоры Телекоммуникационные процессоры SDR-приемопередатчики (DDC) Микросхемы АЦП 3.1 Цифровые сигнальные процессорыМикросхемы сигнальных процессоров серии "Мультикор" - это однокристальные программируемые многопроцессорные "системы на кристалле" на базе IP-ядерной (IP - Intellectual Property) платформы Таблица 5: Основные характеристики сигнальных процессоров
 Рисунок 8 - Структурная схема микросхемы MC-24 В состав микросхемы MC-24 входят следующие основные узлы и компоненты: CPU - центральный процессор на основе RISC-ядра; CRAM - двухпортовая оперативная память центрального процессора; DSP - сопроцессор цифровой обработки сигналов с фиксированной точкой; DMA - контроллер прямого доступа в память; MPORT - порт внешней памяти; SPORT - последовательный порт; LPORT - линковый порт; UART - универсальный асинхронный порт; ICACHE - кэш программ центрального процессора; IT - интервальный таймер; WDT - сторожевой таймер; RTT - таймер реального времени; CDB [31: 0] - шина данных CPU; DDB [63: 0] - шина данных DMA; A [31: 0] - шина адреса порта внешней памяти; D [63: 0] - шина данных порта внешней памяти; OnCD - встроенные средства отладки программ; XRAM, YRAM - памяти данных DSP; PRAM - память программ DSP; AGU - адресный генератор; EDBS - коммутатор внешних шин; IDBS - коммутатор внутренних шин; PCU - устройство программного управления; PAG - генератор адреса программ; PDC - программный дешифратор; RF - регистровый файл; ALU - арифметическое устройство; ALUCtr - управление ALU; XDB0 - XDB3, GDB, PDB - шина данных DSP; XAB, YAB, PAB - адресные шины DSP; M, S, A, L - арифметические узлы ALU DSP. Для разработчиков систем на базе микросхем серии "Мультикор" обеспечивается возможность применения новых адаптивных алгоритмов принятия решений (RLS/LNS алгоритмы), в частности, для адаптивных антенных решеток. Микросхемы серии могут быть эффективно использованы в следующих приложениях: Радиолокационные и гидроакустические системы; Фазированные антенные решетки; Связь и телекоммуникация: базовые станции, DVB - приемники и т.д.; Сигнальная обработка: БПФ, фильтрация, корреляция, быстрая свертка; Графические ускорители; Мультимедийная обработка изображений и цифровое телевидение; Мультимедийная обработка звука; Управление объектами с использованием высокоточных адаптивных методов; Высокоточная обработка данных для малогабаритных мобильных и встраиваемых систем; Системы промышленного контроля. ЗаключениеСитуация на настоящий момент: подписаны контракт на поставку вычислительных комплексов для нужд российской противоракетной и противовоздушной обороны (комплексы С-300 и С-400) и в интересах специфических ведомств, занятых криптографическими исследованиями. Достигнуты принципиальные договоренности по планам развития производства и проектировки процессоров до 2018 г. с постепенным переходом к технологическим нормам 32 нм. По некоторым данным, начата разработка нового восьмиядерного микропроцессора МЦСТ-8R для вычислительных комплексов, которые планируется устанавливать на российские истребители 5-го поколения. Постоянно наращивающийся темп госзакупок в будущем не только позволит оставаться предприятиям "на плаву", но и простимулирует их дальнейшее развитие. На потребительском же рынке отечественные процессоры вряд ли смогут потеснить продукцию таких гигантов как Intel и AMD. Список литературы1. Архитектура SPARC - The SPARC Architecture Manual, Version 8. SPARC International Inc. 1992 2. Архитектура SPARC - http://ru. wikipedia.org/wiki/SPARCstation . Микропроцессор "МЦСТ 4R" - Бабаян Б., Ким А., Сахин Ю. Отечественные универсальные микропроцессоры серии МЦСТ-R. Электроника 3/2003 . Микросхема МС-24 - Микросхема интегральная 1892ВМ8Я. Руководство пользователя . ЗАО "МЦСТ" - . Микропроцессоры серии "Эльбрус" - http://topmods.net/articles /sovremennyye_otechestvennyye_mikroprotsessory . ГУП НПЦ "ЭЛВИС" - . Современные российские микропроцессоры - http://www.linux.org.ru/ forum/talks/5031872 |