Архитектура МП, срав-е арх-р
МП - программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления этим процессом, выполненное в виде одной ли нескольких ИС с высокой степенью интеграции электронных элементов
Арх-ра МП - функцион. возможности аппаратурных средств МП, исп-мые для представления данных, машинных операций, описания алгоритмов и процессов вычислений Арх-ра объединяет аппаратурные и программные ср-ва выч. техники и позволяет выделить то, что при создании МП-системы д.б. реализовано программным способом. а что дополнительными аппаратурными ср-ми.
При разраб. арх-ры МП необходимо:
-описание структуры функционального поведения системы с т. зр. программиста
-опред. стр-ру и особенности построения программных средств
-описать хар-ки внутрен. орг-ции потоков данных и управ. инф-ции
-анализ функцион. стр-ры и особенностей физическ. реализации устройств в системе
При разраб. арх. МП устанавливаются форматы данных и команд, определяются системы команд и методы адресации, обосновываются требования к интерфейсам. Это дает возможность оптимизировать выч. процесс в спроектир. микросист. Фукции оптимизации выполн. програмн. обеспечение
Сравнение арх-р МП
1 Регистровая арх-ра МП (типа "регистр-регистр") определяет наличие достаточно большого регистрового файла внутри БИС МП. Этот файл образует поле памяти с произвольной памятью и выборкой информации. МП им. высокую эффективность решения научно-технич. задач, т.к. высокая скорость работы СОЗУ позволяет эффективно использ .скоростные возмож-ти арифметико-логического блока. Но при переходе к решению задач управления эффективность таких МП падает, т.к. при переключениях программ необходимо разгружать и загружать регистры СОЗУ.
2 Стековая арх. МП дает возможность создать поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации. Эта арх. эффективна для организации работы с подпрограммами. что необходимо для решения сложных задач управл- я или при работе с языками высокого уровня. Хранение адресов возврата позволяет организовать в стеке эффективную обраб-ку последовательностей вложенных в подпрограмму. Однако стек на кристалле МП с малой информационной емкостью быстро переполняется, а стек большей емкости требует значит. ресурсов. Эти проблемы решает реализация стека в ОЗУ.
3 Арх. МП. ориентированная на ОП (типа "память-память"), обеспечивает высокую скорость работы и большую информацион. емкость рабочих регистров при их организ-ции в ОЗУ. Все обрабатываемые числа после операции вновь возвращаются в память, а не хранятся в рабочих регистрах.
2.Стр-ры мп и области их прим-я
1. Встраиваемые в приборы и аппаратуру МП и простейшие микроконтроллеры
запрограммированы на реализацию узкоспециализирован. задач. Их ПО проходит отладку на спец. стендах или универсальных ЭВМ, затем записыв. в ПЗУ и в процессе эксплуатации редко измен-ся. Встаиваемые ср-ва исп. простейшие внешние устр-ва (тумблеры, клавишные переключатели, индикаторы)
2. Специализированные микроЭВМ реализуются на основе секционных микропрограммируемых МП, позволяющих адаптировать стр-ру, разрядность. систему команд микроЭВМ под определенный класс задач. Программируемые микроконтроллеры(МК) - специализир. микроЭВМ, ориентиров. на решении задач в системах упр-я, регулир-я и контроля. МК способны программно перестраиваться на реализацию любых законов регулирования. записанных в память МК, обеспечивает в САР повышение надежности. точности, гибкости. Достоинства универсальных МК: автоматическое обнаружение ошибок, контроль предельных значений параметров, оперативное отображение состояния систем.
3 МикроЭВМ общего назначения
строятся на основе 16-разрядных МП -это микроЭВМ фирм INTEL, Моторола, Хьюлетт и др. Многие из них им похожую арх-ру и обладают одинак. возможностями. Отечествен.: СМ1810 на основе МП К1810ВМ86. В арх-ре многих 16-и и 32-х разрядных микроЭВМ исп. организ-ции мини или больших ЭВМ.
4 Мультимикропроцессорные системы
ММПС делят на:
распределенные увеличивают экономичность СУ и расширяют их возможности. Они содержат территориально рассредоточенные по всему объекту упр-я МП и микроЭВМ. связь м/д кот-ми осуществл. по спец. линиям связи.
сосредоточенные работают по принципу параллельной обраб-ки данных, исп. для обеспечения высокой производит-ти систем. МП расположены в одном блоке и исп-ют общую ОС.
Сособы организ. выч. процесса: одиночный или множественный поток команд или данных
5 Функциональные расширители группа спец-х аппаратных средств, служащих для увеличения функциональных возможностей и производительности МП. Они выполняют специфические задачи и программы, разгружая центральный процессор (ЦП) системы от узкоспециализированных задач. 2 группы БИС ФР:
-подчиненные процессоры, работающие под непосредственным управлением ЦП
- сопроцессоры, работающие параллельно ЦП по одной программе, выбирающие из нее инструкции собственного набора команд и исполняющие их.
Сопроцессор - устр-во, не просто дополняющее набор команд и стр-ры данных ЦП, но взаимодействующее с ним.
Совместная работа ЦП и сопроцессора - вариант мультипроцессорной обраб-ки, в кот. сопроцессор самостоятельно декодирует и выполняет команды из общего набора команд.
7 Критерии выбора мп
МП рассм. одновременно как выч. устр-во и ИС. Как выч. устр-во МП хар-ют пар-ры:
-разрядность обрабатываем. данных и выполняемых команд
- способ-ть к наращиванию разрядности
- t выполн-я команды типа регистр-регистр и типа регистр-память
-число команд (микрокоманд);
-наличие микропрограм. упр-я
-число внутрен. регистров (РОН, индексные, арифметич., вспомогат-е)
-возмож-ть обеспеч-я реж.прерывания
-число уровней прерывания
-тип интерфейса
-способ-ть к обраб. десятич. кодов
-наличие и объем стека
-объем адресуемой памяти
-налич-е канала прям. доступа к памяти
-число вх. и вых. шин и их разрядность
наличие трансляторов с языков уровня.
Как ИС:
-тип базовой технологии; степень интеграции элементов; средняя мощность;
число источ-в пит., их ном-лы, допуски;
тип корпуса; помехоустойчивость; технич. ресурс; уровень 0 и 1; совместимость с ТТЛ уровнем; нагрузочная способность; стоимость; устойчивость к механич. и климатич. воздействиям, проникающей радиации; число МС в МПК и число МПК. необходимых для построения 16-разрядного МП.
Комплексный сравнит. анализ по всем пар-м, имеющ. различ. природу и вес. затруднителен. Поэтому выбир-ся наиболее значимые пар-ры в кажд. конкретном случае.