регістровій архітектурі 16-розрядного процесора i8086). Також можна використовувати індивідуально молодший (біти 0-7) і старший (біти 8-15) байти регістрів AX, BX, CX, DX. Їм відповідають позначення AH, BH, CH, DH і AL, BL, CL, DL (за бажання їм легко відшукати аналоги в регістровій архітектурі Intel 8080).

Наступні покоління (486, 586, Pentium) фактично не зачіпили ні базового регістрового набору ні базової системи команд, що забезпечує бінарну сумісність "знизу вверх". Однак це не означає, що вони не змінювалися. Для порівняння на рис. 2.10 наведено структурні схеми мікропроцесора Intel 80386 та Pentium.

2.3.2.2. Приклад успіху Intel-сумісного процесора

Для порівняння наведемо регістрову архітектуру одного з Intelсумісних процесорів, розробленого фірмою Zilog – Z80. Він хоча й не відіграв значної ролі в індустрії ПК, однак має ряд цікавих особливостей.

82

Регістрова архітектура Z80 відповідає своєму прообразу (процесору Intel 8080), але із трьома важливими відмінностями (див. рис. 2.11):

•тут реалізовано два абсолютно ідентичні набори регістрів 8080 (звичайно їх називають банками регістрів),

•додано два індексних 16-бітових регістри (IX та IY),

•реалізовано механізм швидкої сторінкової адресації для оброблення переривань (з цією метою використовувались індексні регістри).

Рис. 2.11. Регістрова архітектура процесора Z80

Результатом таких "незначних удосконалень" стали такі легендарні можливості Z80 як дуже швидке збереження/відновлення вмісту регістрів під час оброблення переривань (лише однією командою перемикання банків регістрів, у той час як в Intel 8080 ця операція вимагала виконання декількох повільних операцій зі стеком) та розширені способи адресації даних у пам'яті.

Окрім того, що система команд Z80 включає повний набір інструкцій Intel 8080, її ще доповнили кількома дуже зручними операціями – від маніпулювання окремими бітами до однокомандних пересилань (чи введення/виведення) блоків даних певного розміру та пошуку даних в областях пам'яті.

Завдяки цим якостям на базі цього процесора було створено знаменитий персональний комп’ютер Sinclair, а також навчальні персональні комп’ютери компанії Yamaha. І хоча зараз він не використовується в індустрії ПК, однак він і досі не відійшов у небуття. На основі ядра цього процесора випускається багато популярних вбудовуваних контролерів (див. п. 2.3.6), що використовуються для розв’язування різних завдань.

83

2.3.2.3. Процесори фірми Motorola

Іншим відомим виробником мікропроцесорної техніки є фірма Motorola. Першим CISC мікропроцесором фірми Motorola, що отримав широке застосування, був 8-бітовий MC6800. Він складався з одного пристрою, що забезпечував взаємодію, декодування і виконання інструкцій а також взаємодію з зовнішньою магістраллю.

Особливістю регістрової архітектури процесора (а також і його послідовників) є відсутність регістрів загального призначення. Однак це компенсується дуже швидким доступом у певні комірки пам’яті (по нульовій сторінці – області ОЗП з адресами 0–255).

Рис. 2.12. Регістрова архітектура процесора МС6800 Програмна модель цього мікропроцесора (див. рис. 2.12) включає:

•два 8-бітових регістри тимчасового зберігання даних (D0, D1);

•два 8-бітові регістри-акумулятори (А0, А1);

•один 16-бітовий індексний регістр – використовується для адресації пам’яті. До його вмісту можна також додавати 8-бітове зміщення;

•16-бітовий лічильник команд;

•16-бітовий покажчик стеку (SP).

Завдяки невеликій кількості регістрів цей мікропроцесор може реагувати на переривання без суттєвих затрат часу (що є перевагою над вже знайомим Intel 8080). Крім цього використання для адресації пам’яті широкорозрядного (16 бітів) індексного регістру дозволяє охопити весь адресний простір та відносно нього виконувати лише короткі зміщення. Це сприяє ефективній роботі з ОЗП.

84

Пізніше, практично одночасно з появою процесора i8086 фірми Intel, був випущений процесор МС 68000, що започаткував цілу серію MC 680x0. Їх порівняльна характеристика наведена в табл.2.2.

Таблиця 2.2. Порівняльні характеристики процесорів i8086 і МС68000

Особливості родини процесорів MC 680x0 (MC 68000, MC 68010, MC68020, MC68030, MC68040, MC68060) були закладені уже в першому МП MC68000. Якщо процесори Intel були збудовані у відповідності з архітектурою фон Неймана то розробники компанії Motorola вже з самого початку на етапі створення процесора МС68000 використали корисні напрацювання інших архітектур. Тут вони задіяли один з найефективніших методів пришвидшення – розпаралелення обчислень (рис.2.13), незалежні модулі і шини пам’яті та інструкцій, автономні контролери тощо. Також, на відміну від найсерйознішого конкурента (процесора 8086 від Intel) в M68000 було закладено підтримку лінійного несегментованого адресного простору та два режими роботи: користувацький і операційної системи, чи іншими словами суперкористувацький (це сприяло захисту даних ОС від модифікації прикладними програмами).

Рис.2.13. Структура МП МС 68060

85

Якщо порівняти наведену структурну схему з організацією Intelпроцесорів, видно, що нічого подібного не було в архітектурі Intel 80386, але такі риси вже присутні в процесорі Pentium (див. рис. 2.10).

Усі ці нововведення не могли не відбитися у регістровій архітектурі, в якій перше, що кидається в очі – це суттєве збільшення кількості регістрів (див. рис 2.14). Тут є дві групи 32-бітових регістрів загального призначення, розділених за спеціалізацією: вісім регістрів даних (D0–D7) та сім – адрес (A0–A7). Крім них є два 32-бітових регістри покажчиків стеку (один

– користувацького, другий – суперкористувацького режимів; на рис. 2.14 – USP/A7 і SSP відповідно) та 32-бітовий лічильник команд (PC).

32 біти

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

USP (A7)

Лічильник команд (PC)

Покажчик стеку (SSP)

Рис. 2.14. Регістрова архітектура процесора MC 68000

Система команд 68000 є надзвичайно різноманітною – програмування цього процесора на асемблері більше нагадує роботу з високорівневими мовами (правда з непростим синтаксисом).

Не дивно, що ці процесори здобули значну популярність. На процесорах сімейства M680x0 були побудовані і персональні комп’ютери

Apple, Amiga, і старші моделі Sinclair, і робочі станції Sun, Apollo, NeXT.

На цьому розгляд CISC процесорів можна було б завершити, однак приблизно у той же час, коли все більшої популярності набували 8-розрядні процесори Intel, було випущено ще один чудовий процесор, який з історичної точки зору став тупиковою віткою еволюції. Однак саме

86