§5.Сравнение архитектур микропроцессоров

Микропроцессорные вычислительные средства и их про­граммное управление. При проектировании архитектуры микропроцессорной системы решается задача распреде­ления затрат между уровнем входных алгоритмических языков, включающих языки (директивы) заданий пользо­вателя и определяющих особенности связи человека и ма­шины, и уровнем аппаратурных средств, определяемых достигнутой элементной, конструкторской и технологиче­ской базой. Архитектура микропроцессора дает возмож­ность получить описание виртуальной (воображаемой, математической) микромашины, представленной своей системой команд, способом организации и управления внутренней и внешней памяти, способами адресации и за­щиты данных, системой прерывания.

Входные алгоритмические языки отображаются в вир­туальной машине программным способом. Поэтому любое задание машине, выраженное на входном алгоритмичес­ком языке, обязательно проходит этап трансляции с ис­пользованием компиляторов или интерпретаторов, если входной алгоритмический язык и машинный язык вирту­альной ЭВМ не совпадают. Повышение уровня машинного языка, приближение его к алгоритмическим входным язы­кам высокого уровня снижают затраты на разработку про­граммного обеспечения. При этом усложняются структуры операций и операндов, воспринимаемых виртуальной ма­шиной, например вместо отдельных операндов-слов в про­грамме компактно описываются массивы информации (мат­рицы, наборы слов — строки, удовлетворяющие задан­ным условиям, и т. д.).

Виртуальная машина отображается на аппаратурный уровень главным образом схемным путем, разработкой схемно- или микропрограммно-управляемых автоматов, управляющих заранее заложенными связями между час­тями (модулями) аппаратурных средств. Усложнение вир­туальной машины приводит к появлению в физической сис­теме большого числа сложных связей и электронных эле­ментов.

Если разрабатываемые вычислительные средства пред­назначены для многократного использования потока од­нажды оттранслированных программ, то необходимо стре­миться к получению максимального быстродействия аппа­ратуры. Этого можно достичь за счет понижения уровня машинного языка, что увеличивает скорость выполнения элементарных операций и, как следствие, производитель­ность микро-ЭВМ. Такой подход успешно реализуется в системах, построенных на основе секционных комплектов БИС микропроцессора. При проектировании систем для однократного решения потоков разнообразных задач желательно сдвигать уро­вень языка виртуальной микромашины в сторону алгорит­мических языков. Приближение входного и машинного языков снижает затраты на программирование. Повыше­ние уровня машинного языка, реализуемое, например, в микропроцессоре 432, обеспечивает построение систем для данного направления применения. Промежуточное нап­равление, позволяющее за счет обеспечения разнообраз­ных модулей программного и аппаратурного обеспечения создавать конфигурации вычислительных средств, удов­летворяющие различным интересам показателей, бази­руется на применении однокристальных 5-, 8-, 16-разряд­ных микропроцессоров и специальных БИС МПК. Важным направлением в развитии микропроцессоров является создание и применение эмуляторов на основе за­казных БИС. Среди них первыми были микро-ЭВМ LSI-11 фирмы «DEC» и отечественная микро-ЭВМ «Электрони­ка-60». Эмуляторы являются младшими моделями извест­ных серий (рядов) мини-ЭВМ, для которых создано разви­тое программное обеспечение.