1.5.2. Обеспечение высокой производительности в скоростных микроконтроллерах.

Одной из важных характеристик любой вычислительной системы является быстродействие. Для микроконтроллеров эта характеристика напрямую связана с тактовой частотой, длительностью цикла обращения к памяти, числа циклов в одной команде и набора команд.

В течение 13 лет существования семейства MCS51 увеличения быстродействия добывались простым увеличением максимальной тактовой частоты. Лишь в 1993 году фирма DSC сократила число тактов в цикле и количество циклов в команде. Рассмотрим особенности и разницу временных характеристик стандартных микроконтроллеров фирмы Intel и быстродействующего микроконтроллера DS80C320 фирмы DSC.

Цикл стандартного микроконтроллера длится 12 тактов, и в течении цикла происходит два считывания программной памяти. Цикл DS80C320 длится 4 такта, но за это время происходит только одно считывание. Таким образом, DS80C320 считывает программную память в полтора раза быстрее стандартного процессора. Временные характеристики изображены на рис. 1.9.

Рис.1.9. Временные диаграммы I8051 и DS80C320

Номенклатура микроконтроллеров с высоким быстродействием. Это семейство содержит устройства, по внешнему виду и номенклатуре выводов совпадающие с устройствами MCS51, выполненных в тех же корпусах. Выпускаются они фирмой DSC в корпусах DIP40, PLCC44, TQFP44 и PLCC52 и обладают одинаковым увеличением быстродействия за счет уменьшения длительности цикла и лучшей организации внутреннего конвейера. В среднем, вычислительная эффективность процессоров увеличивается в 2,5 раза по сравнению со стандартной, а скорость счета внутренних счетчиков в 3 раза.

Перечень изделий этого семейства, быстродействие и объем внутрикристальной памяти даны в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Таблица 2. Изделия семейства High Speed Micro.
Название	Тактовая частота		Объем памяти	Особенности
DS80C310	до 25 или 33 Мгц		256 байт	Упрощенный вариант
DS80C320	до 25 или 33 Мгц		256 байт
DS80C323	до 20 Мгц	256 байт		Питание 3 В
DS87C520	до 33 Мгц	256 + 16К ПЗУ + 1К ОЗУ		Имеется вариант корпуса с кварцевым окном
DS87C530	до 33 Мгц	256 + 16К ПЗУ + 1К ОЗУ		Таймер реального времени, энергонезависимая память

Команды MCS51 состоят из одного, двух или трех байт. При выполнении команды процессор сначала считывает байты этой команды, а потом может несколько раз считать первый байт следующей. Во всех командах DS80C320 уменьшено число таких бесполезных считываний. Таким образом, микропроцессор DS80C320 быстрее стандартного 18051 в среднем в 2.5 раза. В табл. 1.10 приведены эквивалентные частоты этих двух процессоров. Максимальная тактовая частота DS80C320 и других процессоров этого семейства - 33 Мгц. Минимальная частота ничем не ограничена, поскольку все микропроцессоры DSC являются полностью статическими.

Таблица 1.10.

Сравнение тактовых частот для процессоров одинаковой производительности

СТАНДАРТНЫЙ 8051	DS80C320
11,0592 Мгц 16 Мгц 20 Мгц 24 Мгц 33 Мгц 44 Мгц 62.5 Мгц 82.5 МГц,	4.4 Мгц 6.4 Мгц 8 Мгц 9.6 Мгц 13.2 Мгц 16 Мгц 25 Мгц 33 Мгц