7 Мікропроцесори

7.1 Архітектура мікропроцесорів

Вхідний контроль:

1. Які мікрооперації може виконувати універсальний регістр?

2. Наведіть приклади пристроїв пам’яті з послідовним доступом та з довільним доступом.

Під архітектурою мікропроцесорів розуміють структурну схему самого МП, програмну (регістрову) модель МП, організацію пам’яті, яку забезпечує МП у складі мікропроцесорної системи, спосіб організації введення-виведення та мову Асемблера, яка керує цим процесором.

З цієї точки зору існують два основні типи архітектури – фоннейманівська та гарвардська.

Фоннейманівська архітектура показана на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 – Фоннейманівська архітектура

До загальних архітектурних властивостей та принципів побудови фоннейманівської архітектури можна віднести такі особливості:

1. Принцип програми, що зберігається, – це означає, що код програми та її дані знаходяться в єдиному адресному просторі в оперативній пам’яті, доступ до якої здійснюється по одній шині даних та команд.

2. Принцип мікропрограмування – машинна мова, коди, не керують апаратною частиною МП прямо. Кожна команда може бути виконана як результат дії набору сигналів, які треба згенерувати для її фізичної реалізації під керуванням блока мікропрограмного керування. Принцип мікропрограмного керування полягає в тому, що певна комбінація мікрокоманд (зсуву, пересилання інформації, логічних операцій) може створювати набір команд МП.

3. Лінійний простір пам’яті, яку адресує МП, – сукупність комірок пам’яті з послідовним адресуванням.

4. Послідовне виконання команд програми – на послідовних ділянках програми МП вибирає з пам’яті команди строго послідовно. Розгалуження програм виконується за використанням спеціальних команд умовного та безумовного переходів та при зверненні до підпрограм.

5. Дані та команди розміщуються в одному просторі пам’яті у вигляді послідовності нулів та одиниць; процесор не бачить принципової різниці між даними та командами і намагається трактувати вміст деяких послідовних комірок пам’яті як коди машинної команди, а якщо це не так, то програма завершується аварійно. Тому важливо у програмі чітко розподіляти простір даних та команд.

6. Мікропроцесору всеодно, яке логічне навантаження несуть дані, що він їх обробляє.

Класична фоннейманівська архітектура процесора з одним банком пам’яті не дозволяє виконувати багаторазовий доступ до запам’ятовувального пристрою під час виконання одної команди.

Для прискорення оброблення потоків цифрових сигналів у спеціалізованих процесорах цифрового оброблення сигналів використовують так звану гарвардську архітектуру, відповідно до якої процесорне ядро взаємодіє з двома банками пам’яті, як показано на рис. 7.2.

Рисунок 7.2 – Гарвардська архітектура

Звернення до кожного з банків пам’яті виконується за допомогою двох незалежних шин адреси та даних. У гарвардській архітектурі один з банків пам’яті використовується для зберігання програм, а другий для зберігання даних. Частіше використовується модифікована гарвардська архітектура. У цьому випадку один банк зберігає як програми, так і дані, а другий – тільки дані. Гарвардська архітектура дозволяє процесорному ядру за один цикл команди паралельно звертатись до пам’яті даних та пам’яті програм. Деякі мікропроцесори використовують три банки пам’яті з трьома незалежними парами шин адреси та даних (супергарвардська архітектура). Наявність трьох банків дозволяє за один командний цикл виконувати три паралельних звернення до пам’яті: вибирати команду та два операнди.

Контрольні питання:

1. Які особливості фоннейманівської архітектури мікропроцесорів гальмують підвищення їхньої потужності?

2. При програмуванні фоннейманівських процесорів хто повинен слідкувати за чітким розподілом адресного простору даних та команд?

3. Чи є пряме керування кодами програм апаратною частиною МП?

4. Чи можна передбачити напрямок розгалуження при виконанні команд умовного переходу?

5. Які особливості гарвардської архітектури дозволяють прискорити оброблення цифрових сигналів?

Контрольні питання підвищеної складності:

1. Що таке модифікована гарвардська архітектура?

2. Що таке супергарвардська архітектура?

7.2 МП фірми Intel

Вхідний контроль:

1. Які особливості має n-МДП-технологія виготовлення ВІС?

2. Чи може працювати МП поза мікропроцесорною системою?