38. Гарвардская и разнесенная архитектуры микропроцессоров. Примеры.
Архитектурой вычислительного устройства называют совокупность свойств и характеристик, определяющих модель вычислительного устройства с точки зрения пользователя: программно доступные регистры, разрядность слова, система команд, адресное пространство, схема обработки прерываний, способы адресации, быстродействие.
Архитектура – это логическая организация вычислительного устройства с точки зрения пользователя, определяющая возможности устройства.
Развитие архитектуры увеличивает производительность за счет рациональной системы команд, экономии времени при обращении к памяти, улучшения использования вычислительных ресурсов процессора: АЛУ, регистров, магистрали. Одним из способов повышения производительности – параллельная обработка информации, означающая одновременное выполнение независимых друг от друга операций различными устройствами.
Гарвардская архитектура микропроцессоров предлагает наличие отдельных устройств памяти для команд и данных. Преимущество такой организации памяти отражается в структуре команд, упрощая адресную часть. Кроме того, выборка команд может происходить одновременно с выборкой данных.
Степень интеграции – количество элементов в одном кристалле или на одном чипе.
Проектной нормой называют размер одного транзистора интегральной микросхемы. Увеличение степени интеграции и уменьшение проектной нормы приводит к увеличению тактовой частоты. Совершенствование архитектуры микропроцессора приводит к усовершенствованию без повышения тактовой частоты.
Гарвардская архитектура восьмиразрядных микроконтроллеров PIC.
Архитектурой вычислительного устройства называют совокупность свойств и характеристик, определяющих модель вычислительного устройства с точки зрения пользователя. Архитектура ВУ включает в себя его внутреннюю структуру и систему команд. Гарвардская архитектура означает разделение памяти на память программ и память данных, которые имеют свое адресное пространство. Высокая скорость выполнения команд в PIC-контроллерах достигается за счет использования двухшинной гарвардской архитектуры вместо традиционной одношинной фон-неймановской.
Гарвардская архитектура основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресными пространствами для команд и данных. Все ресурсы микроконтроллера, такие как порты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физически реализованные аппаратные регистры. Микроконтроллеры PIC содержат RISC-процессор с симметричной системой команд, позволяющей выполнять операции с любым регистром, используя произвольный метод адресации. Пользователь может сохранять результат операции в самом регистре-аккумуляторе или во втором регистре, используемом для операции.
Благодаря гарвардской архитектуре процессор одновременно с доступом к слову команды может обращаться к данным. Центральный процессор микроконтроллера содержит программный счетчик (РС), мультиплексор адресов (МА), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистр команд (РК), устройство декодирования команд, аккумулятор WREG (рабочий регистр W). Внутренняя память представлена ОЗУ данных, ППЗУ программ и стеком двух уровней.
Микросхема содержит тактовый генератор, таймеры, в том числе Т0, порты А, В, С, ввода-вывода, схему сброса, схему прерываний и др. Структура команды включает код операции и адресную часть. Адресная часть указывает на операнды, кот.могут быть константами или переменными, для кот.указывается адрес. Команда выполняется за 4 тактовых периода: декодирование, выборка аргумента, выполнение операции, сохранение аргумента. Логические и арифметические команды оперируют с рабочим регистром WREG и одним аргументом. Система команд МК содержит мин набор необходимых при программировании операций. Таймеры МК допускают режим таймера и режим счетчика внешних импульсов. Микроконтроллер имеет аппаратные модули, которые работают без участия центрального процессора: АЦП, компараторы, средства последовательного интерфейса и др.