33 Цпу мк. Архитектура цпу.

ЦПУ современных МК представляет собой N-разрядный МП с фиксированной разрядностью и списком выполняемых команд.

В настоящее время наибольшая доля мирового рынка МК принадлежит 8-ми разрядным устройствам ( около 50% в денежном выражении ). За ними следуют 16-ти разрядные и цифровые сигнальные процессоры (DSP) каждая из них занимает приблизительно 20% рынка. DSP ориентированы на использование в системах цифровой обработки сигналов. Оставшиеся 10% остальные типы МК.

Основой ЦПУ является операционный блок, включающий АЛУ и регистровый файл. (ОЗУМК)взаимодействие отдельных блоков МК как внутри ЦПУ так и с блоками внутренней периферии осуществляется по внутренней шине МК. Связь МК с внешними устройствами реализуется через внешние выводы параллельных и последовательных портов.

При реализации современных МК используется весь спектр архитектурных решений, реализованных в МП. Ранние модели МК, широко применяемые в настоящее время, содержат одноадресный процессор с регистром-аккумулятором. В таком процессоре один из исходных операндов арифметических и логический операций по умолчанию размещается в аккумуляторе. И в него же помещается результат. Второй операнд адрес, которого указывается в команде содержаться в одном из регистров регистрового файла.

На основе одноадресной аккумуляторной архитектуры реализуются сильно распространенные 8ми разрядные МК семейства MCS-51 и других семейств.

Достоинства аккумуляторной архитектуры.

простота структуры

позволяет сократить формат команд ( уменьшение времени выборки)

НЕДОСТАТКИ

Снижена производительность

Более производительными являются многоадресное ЦПУ ( 2, 3 адреса) в которых оба операнда и результат могут размещать в любой ячейке интегрированного в кристалл регистрового файла.

Архитектуру ЦПУ МК подобного типа регистр-регистр или много аккумуляторная архитектура. Требует более сложного формата команд и имеет следующие преимущества: отсутствие необходимости предварительной загрузки одного из операндов в аккумулятор перед выполнением операции. При этом резко уменьшается операций по пересылке данных и возрастает скорость вычислений появляется возможность расширения системы команд высокопроизводительными 3-х операндными командами

В целом ЦПУ различных типов МК характризуються широким диапазоном производительности и зависящей от нее стоимости. Внутренняя память данных МК представлена в виде RАМ объем зависит от типа МК. И может различаться не только в разных семействах но даже в разных моделях МК одного семейства. Например 256 байт в МК семейства MCS51 и 232-1000 байт в MCS96.

34 Организация памяти мк.

Особенности организации памяти МК

Отличительной архитектурной особенностью МК является то, что в них для хранения команд и данных используются разделенные физически, а часто и логически блоки памяти. Это обусловлено тем, что поскольку программы МК после отладки обычно не меняются, их размещают в ПЗУ. В отличие от команд переменные в ходе выполнения программы могут меняться, поэтому для их размещения используют ОЗУ. Архитектура ВМ, в которых программы и данные храниться в разделенных областях памяти, получила гарвардской архитектуры.

Полное адресное пространство памяти.

Функциональная схема подключения МК sab80c515

В соответствии с гарвардской архитектурой реаклизуются МК MCS-51 и совместимы с ними. Фирмы – сименс, атмел, авр.

Некоторые семейства, например mcs96 реализуются по принстонтской архитектуре, предполагающей размещение команд и данных в едином адресном пространстве памяти. В МК данной архитектуры память команд и данных разделены только физически.

Объем внутренней памяти программ в МК разных типов варьируется в широких пределах: 1-32 кб, при этом, в некоторых моделях МК память пргог может вообще отсуствовать (ситстемы с внешней памятью программ). Расширение памяти программ допускается за счет подключения дополнительных БИС, подключаемых через внешную магистраль. Производятся МК с программируемым ПЗУ и ППЗУ и смасочным непрограммируемым. Также может быть флеш-память.

Регистровый файл данных RRAM в большинстве случаев в МК объединяет две области памяти – ОП общего назначения, используемую пользователем по своему усмотрению, и регистр спец. функций SFR.

Набор регистров блока SFR может существенно отличаться в МК разных семейств. Регистры SFR управляют внутренними ПУ МК, фиксируют их состояние и др.использование набора программируемых регистров SFR дает возможность программной настройки внутренних ПУ МК на требуемый режим, что расширяет сферу применения МК.

Некоторые МК например mcs96 содержат небольшую внутреннюю память RAM (128-512байт), в которой могут храниться как данные, так и команды. При размещении команд программы в этой памяти появляется возможность дистанционной модификации программ. Допускается расширения памяти МК за счет внешних БИС.

Некоторые МК содержат схемы выборки кристаллов – программные селекторы адресов – позволяют выбрать конкретные области адресного пространства для внешних устройств памяти, упрощающее их подключение.

Описание рисунка Функциональная схема подключения МК sab80c515

Память программ и данных разделены физически.

Память программ объемом 64 кб доступна только по чтению, она м.б. представлена либо в виде внешней памяти XROM, либо в виде XROM и IROM, если имеется внутренняя.

Элементы программной памяти адресуются с помощью 16-разрядного счетчика команд, в некоторых моделях – с помощью спец указателя DPTR.

Возможен запрет/разрешенимя доступа к IROM сигналом на одноименном входе МК. Объем IROM зависти от типа МК.

Внутренняя память IRAM размещенная на кристалле МК представлена двумя физически разделенными блоками:

1)реистровым файлом RRAМ

2) блоком регистров SFR

В отличии от МП в МК отсутствуют специальные выводы сигналов адреса и данных, предназначенные для подключения внешней памяти. При необходимости использования внешней памяти программ или данных для организации внешних шин использую линии портов Р0, Р2 при этом с помощью линии порта Р0 реализуется внешняя шина (адрес/данные) при этом младшие байты на линиях Р0 передаются а старшие на линиях Р2. Для демультиплексирования адреса на выходах порта Р0 имеется сигнал АLЕ с помощью которого младший байт адреса фиксируется во внешнем регистре адреса.

Чтение содержимого памяти осуществляется с помощью сигнала PSEN