 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Классификация МП
|
|
По назначению микропроцессоры делят на универсальные и специализированные. Универсальными микропроцессорами являются микропроцессоры общего назначения, которые решают широкий класс задач вычисления, обработки и управления. Специализированные микропроцессоры предназначены для решения лишь определенного класса задач (микроконтроллеры, математические микропроцессоры и т.д.).
По количеству БИС в МПК различают однокристальные и многокристальные микропроцессоры. Однокристальный микропроцессор – это конструктивно законченное изделие в виде одной БИС. Другое название однокристальных МП – микропроцессоры с фиксированной разрядностью обрабатываемых данных. При создании более быстродействующего процессора, большей разрядности или с расширенным набором команд его реализуют на нескольких БИС. Такие микропроцессоры называют многокристальными. Многокристальные микропроцессоры делятся на секционные и модульные. В многокристальных модульных микропроцессорах каждый элемент логической структуры представляет собой БИС. Выбираемые из памяти команды распознаются и выполняются каждой частью микропроцессора автономно, и поэтому может быть обеспечен режим одновременной работы всех БИС микропроцессора.
многокристальные модульные многокристальные секционные
УП – управляющий процессор
ОП – обрабатывающий процессор
ИП – интерфейсный процессор
В многокристальных секционных микропроцессорах в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры микропроцессора. Микропроцессорная секция – это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. За счет параллельного включения микропроцессорных секций можно построить микропроцессор требуемой разрядности.
По способу управления различают микропроцессоры со схемным и микропрограммным управлением. Микропроцессоры со схемным управлением имеют фиксированный набор команд, разработанный компанией-производителем, который не может изменяться потребителем. В микропроцессорах с микропрограммным управлением систему команд разрабатывают при проектировании конкретного МПК на базе набора простейших микрокоманд с учетом класса задач, для решения которых предназначен МПК.
Архитектура микропроцессора определяет его составные части и взаимодействие между ними. Архитектура включает:
· структурную схему микропроцессора,
· программную модель микропроцессора (описание функций регистров),
· информацию об организации памяти (емкость и способы адресации памяти),
· описание организации процедур ввода-вывода.
По типу архитектуры, или принципу построения, различают МП с фон-неймановской архитектурой (а) и МП с гарвардской архитектурой (б).
|
|
|
|
|
а) b)
Рисунок – Основные типы архитектуры микропроцессора
Особенностью фон-неймановской архитектуры является то, что программа и данные находятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд.
Особенностью гарвардской архитектуры является то, что память данных и память программ разделены и имеют отдельные шину данных и шину команд, что позволяет повысить быстродействие микропроцессорной системы.
В Гарвардской архитектуре принципиально невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае неправильных действий над данными. Кроме того, в ряде случаев для памяти программ и памяти данных выделяются отдельные шины обмена данными. Эти особенности определили области применения этой архитектуры построения микропроцессоров. Гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где эта архитектура кроме обеспечения высокой надёжности работы устройств позволяет обеспечить высокую скорость выполнения программы, за счёт одновременного считывания управляющих команд и обрабатываемых данных, а так же записи полученных результатов в память данных.
Отличие архитектуры Фон Неймана заключается в принципиальной возможности работы над управляющими программами точно так же как над данными. Это позволяет производить загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных. Для того чтобы программа могла работать в произвольной области памяти, её необходимо модернизировать перед загрузкой, то есть работать с нею как с обычными данными. Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы, но создаёт принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надёжность работы аппаратуры. Эта архитектура используется в универсальных компьютерах и в некоторых видах микроконтроллеров.
13. Архитектура микропроцессора: архитектура со сложной системой команд (CISC-процессоры), архитектура с упрощенной системой команд (RISC-процессоры). Неймановская и гарвардская архитектуры
По типу архитектуры, или принципу построения, различают МП с фон-неймановской архитектурой (а) и МП с гарвардской архитектурой (б)
|
|
|
|
|
а) b)
Рисунок – Основные типы архитектуры микропроцессора
Особенностью фон-неймановской архитектуры является то, что программа и данные находятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд.
Особенностью гарвардской архитектуры является то, что память данных и память программ разделены и имеют отдельные шину данных и шину команд, что позволяет повысить быстродействие микропроцессорной системы.
В Гарвардской архитектуре принципиально невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае неправильных действий над данными. Кроме того, в ряде случаев для памяти программ и памяти данных выделяются отдельные шины обмена данными. Эти особенности определили области применения этой архитектуры построения микропроцессоров. Гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где эта архитектура кроме обеспечения высокой надёжности работы устройств позволяет обеспечить высокую скорость выполнения программы, за счёт одновременного считывания управляющих команд и обрабатываемых данных, а так же записи полученных результатов в память данных.
Отличие архитектуры Фон Неймана заключается в принципиальной возможности работы над управляющими программами точно так же как над данными. Это позволяет производить загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных. Для того чтобы программа могла работать в произвольной области памяти, её необходимо модернизировать перед загрузкой, то есть работать с нею как с обычными данными. Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы, но создаёт принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надёжность работы аппаратуры. Эта архитектура используется в универсальных компьютерах и в некоторых видах микроконтроллеров.
По типу системы команд различают:
1) микропроцессоры с полным набором команд типа CISC (Complex Instruction Set Command),
2) микропроцессоры с сокращенным набором команд типа RISC (Reduced Instruction Set Command),
3) микропроцессоры с минимальным набором команд типа MISC (Minimum Instruction Set Command).
CISC-архитектура характеризуется большим набором разноформатных команд с использованием многочисленных способов адресации. Это классическая архитектура процессоров, которая начала свое развитие в 1940-х годах с появлением первых компьютеров. Основной целью ее было сокращение размера программ, что уменьшало требования к объему оперативной памяти. Расширение спектра операций, реализуемых системой команд, позволяло уменьшить размер программ, а также трудоемкость их написания и отладки. Для CISC-микропроцессоров характерно:
- большое количество команд, некоторые из которых выполняют много функций;
- большое количество форматов команд различной разрядности;
- большое количество методов адресации;
- широкое использование команд обработки типа «регистр-память»;
- сравнительно небольшое число регистров общего назначения (8 – 16).
Характерные особенности RISC-микропроцессоров:
- расширенный объем регистровой памяти: от 32 до нескольких сотен регистров общего назначения, входящих в состав МП;
- использование в командах обработки данных только регистровой адресации (обращение к памяти используется в командах загрузки и сохранения содержимого регистров, а также в командах передачи управления);
- отказ от аппаратной реализации сложных способов адресации;
- фиксированный формат команд (обычно 4 байта);
- исключение из набора команд, реализующих редко используемые операции, а также команд, не вписывающихся в принятый формат.
Большинство современных компьютеров используют микропроцессоры типа CISC. Микропроцессоры типа RISC содержат только набор простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых. В RISC микропроцессорах все простые команды имеют один размер, и на выполнение каждой из них тратится один машинный такт. На выполнение даже самой короткой команды в CISC микропроцессорах обычно тратится четыре такта.
Дата публикования: 2015-02-03; Прочитано: 1986 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
