Программно-логическое управление в микропроцессорных системах
Классификация и особенности архитектуры современных микропроцессоров.
Микропроцессор (МП) – цифровая интегральная схема, предназначенная для выполнения арифметических и логических операций, обработки информации под управлением программы, выполненная по технологии БИС или СБИС
Микропроцессоры классифицируют по таким признакам: функциональное назначение; количество БИС; разрядность; тип архитектуры.
Классификация МП:
По функциональному назначению (рис. 1.1):
универсальные (с фиксированной разрядностью и неизменной системой команд);
общего назначения;
специализированные, которые, в свою очередь, подразделяются на:
- микроконтроллеры (8-, 16- и 32-разрядные МК). В микроконтроллерах, в отличие от МП, присутствует память программ, значительно превышающая память данных;
- цифровые процессоры сигналов (DSP, сигнальные процессоры), которые могут оперировать данными с фиксированной точкой (16, 24 разряда) или данными с плавающей точкой (32 разряда).
Рис.1.1 Классификация современных микропроцессоров
по функциональному признаку
По количеству БИС, необходимых для реализации микропроцессора:
- однокристальные;
- секционированные (с наращиваемой разрядностью и системой команд, разрабатываемой для эффективного решения определенного круга задач).
По разрядности (определяется разрядностью шины данных):
4-разрядные;
8-разрядные;
16-разрядные;
32-разрядные;
64-разрядные
CISC (Complex Instruction Set Computer) – (компьютер с полным набором команд) - архитектура реализована во многих типах микропроцессоров, выполняющих большой набор разноформатных команд с использованием многочисленных способов адресации. Эта классическая архитектура процессоров, которая начала свое развитие в 40-х годах прошлого века с появлением первых компьютеров. Типичным примером CISC-процессоров являются микропроцессоры семейства Pentium. Большое многообразие выполняемых команд и способов адресации позволяет программисту реализовать наиболее эффективные алгоритмы решения различных задач. Однако при этом существенно усложняется структура микропроцессора, особенно его устройства управления, что приводит к увеличению размеров и стоимости кристалла, снижению производительности. В то же время многие команды и способы адресации используются достаточно редко. Поэтому, начиная с 80-х годов прошлого века, интенсивное развитие получила архитектура процессоров с сокращенным набором команд (RISC-процессоры).
RISC (Reduced Instruction Set Computer) – (компьютер с сокращенным набором команд) - архитектура отличается использованием ограниченного набора команд фиксированного формата. Современные RISC-процессоры обычно реализуют около 100 команд, имеющих фиксированный формат длиной 2 или 4 байта. Также значительно сокращается число используемых способов адресации. Обычно в RISC-процессорах все команды обработки данных выполняются только с регистровой или непосредственной адресацией. При этом для сокращения количества обращений к памяти RISC-процессоры имеют увеличенный объем внутреннего РЗУ – от 32 до нескольких сотен регистров, тогда как в CISC-процессорах число регистров общего назначения обычно составляет 8-16.
Обращение к памяти в RISC-процессорах используется только в операциях загрузки данных в РЗУ или пересылки результатов из РЗУ в память. При этом используется небольшое число наиболее простых способов адресации: косвенно-регистровая, индексная и некоторые другие. В результате существенно упрощается структура микропроцессора, сокращаются его размеры и стоимость, значительно повышается производительность.
Указанные достоинства RISC-архитектуры привели к тому, что во многих современных CISC-процессорах используется RISC-ядро, выполняющее обработку данных. При этом поступающие сложные и разноформатные команды предварительно преобразуются в последовательность простых RISC-операций, быстро выполняемых этим процессорным ядром.