Основные принципы risc архитектуры:
Одинаковая длинна команд, что облегчает их выборку из памяти и даёт считывать за 1 такт;
Большое число РОНов позволяет уменьшить число обращений в память;
Большинство команд — арифметические, логические, трёх адресные;
Относительно простые схемы управления RISC процессора при одинаковой технологии производстваимеют более высокие частоты по сравнению с CISC.
Процессоры Pentium, оставаясь CISC процессорами, содержат RISC. К RISC процессорам относятся разработки фирм «Power PC», «Motorolla», AMD. AWR контроллеры фирмы
Микроконтроллером называется программируемое однокристальное вычислительное устройство с встроенным набором средств для ввода-вывода, применяемое для решения задач управления и первичной обработки данных в технических системах.
Типы микроконтроллеров. Системы.
Типовая структура МК:
а
)
б
)
в)
МК — микроконтроллер;
ОУ — объект управления;
ВМ — вычислительная машина.
Тактовая структура МК.
а) Автономная;
б) Локальная МК система;
в) Мк сетевой конфигурации.
Встраиваемые средства на базе МК относительно простые, малые размером, имеют низкую стоимость. На них возлагают следующие функции: сбор, первичную обработку и преобразование сигналов датчиков объекта в сообщение стандартного формата, передачу в ВМ, приём, накопление и трансляцию команд управления передаваемой под ВМ, первичную диагностику объекта и самодиагностику в зависимости от сложности задач.
Встраиваемые системы бывают:
одноуровневые;
многоуровневые
Одноуровневые системы реализуют на базе МК. Многоуровневые реализуют на базе ВМ в промышленном исполнении.
МК системы бывают:
Автономные системы управления (самые простые и дешевые, но их возможности ограничены);
Локальные системы более сложные, обладают широкими возможностями при управлении объектами различной природы и сложности.
Сетевая система конфигурации с распределенными уровнями и распределенным, рассредоточенным объектом управления.
Типовая архитектура микроконтроллеров.
Функциональная схема МК.
Существует большое разнообразие МК по общим архитектурным признакам …............ .
Все МК семейства имеют одинаковое ядро, характеризующееся совокупностью таких понятий, как система команд, организация памяти программ и памяти данных, базовый набор периферийных устройств и система прерываний.
Например: существуют сотни модификаций ядра семейства CS-S1 разработанные фирмой Intel.
Наиболее важной особенностью является программная совместимость на уровне двоичных программных кодов всех входящих в него процессов. Это позволяет разработчикам МКС заменять одни МК другими без потери наработки своего ПО.
12.09.11
Отличие между отдельными представителями одного семейства в основном заключаются в составе периферийных устройств и объеме памяти программ и данных.
В настоящее время в мире выпускается тысячи типов контроллеров. К группе лидеров относятся Atmel, Intel, Motorolla, Toshiba, Philips, Siemens.
МК (см функциональную схему) содержит процессорное ядро с развитой системой команд, память программ, регистровый файл данных SRAM, а также набор программируемых интерфейсных схем, выполняющих ряд важных функций внутри МК и обеспечивающие связь с внешней средой. Большинство из перечисленных блоков является обязательными компонентами МК. Некоторые, например ROM в структуре конкретного МК могут отсутствовать. Состав и назначение интегрированных на кристалле ПУ определяется областью применения МК и может изменяться в зависимости от типа МК.
С целью повышения гибкости использования аппаратных средств интегрированных на кристалле и внешних выводах кристалла эти средства делаются многофункциональными, с программной настройкой на тот или иной режим работы. При инициализации МК информация о типе настройки заносятся в специальные регистры и в процессе дальнейшей работы остаётся неизменной, что позволяет упростить управление встроенными средствами МК и расширить возможности их использования. В большинстве случаев число устройств встроенных в периферию входят: таймеры (счетчики), последовательные и параллельные входы вводов-выводов, контроллер прерываний, многоканальный АЦП, сторожевой таймер и другое.
13.09.11
ЦПУ
в современных МК представляет собой
n-разрядный МП с фиксированной разрядностью
и списком команд. Сегодня наибольшая
доля рынка МК принадлежит 8ми-разрядным
устройствам (~50%), за ними следуют
16ти-разрядные и цифровые сигнальные
процессоры DSP. Каждая из названных групп
занимает 20% рынка.
DSP ориентированны на использование в системах цифровой обработки сигналов: оставшаяся часть рынка распределена между мощными 32х-разрядными МК и маломощными с ограниченным числом выводов.
Основой ЦПУ является операционный блок включающий: АЛУ и файл регистров (ОЗУ МК). Взаимодействие отдельных блоков МК как внутри ЦПУ, так и с блоками внутренней периферии осуществляется по внутренней шине. Связь МК с внешними устройствами реализуется через внешние выводы параллельных и последовательных портов.
При реализации современного МК широко используется весь спектр архитектурных решений реализованных в МК. Ранние модели широко применяемые в настоящее время содержат односторонний процессор с главным регистром аккумулятором. В подобном процессоре один из исходных операндов арифметических и логических операций размещается в аккумуляторе и в него-же помещается результат. Второй операнд, адрес которого указывается в команде, является содержимым одного из регистров регистрового файла.
На такой основе реализованы МК семейства MCS-S1 (8ми-разрядные). Аккумуляторная структура ЦПУ обладая простотой архитектуры позволяет сократить карман команд и благодаря этому уменьшить время на выборку из программы в память. Более производительными являются много аккумуляторные 2х или 3х-адресные ЦПУ, в которых оба операнда и результат могут размещаться в любой ячейке интегрированного на кристалл регистрового файла RRAM. Архитектуру ЦПУ МК подобного типа (например МС ЭС) иногда называют регистр-регистровый или много аккумуляторной архитектурой. Эта архитектура требует более сложного набора команд. Основными преимуществами являются: отсутствие необходимости предварительной загрузки одного из операндов аккумулятор, при этом уменьшается число операций пересылки данных и возрастает скорость вычисления; Содержание источника данных в результате выполнения операции может ????? или может модернизироваться; появилась возможность расширения системных команд трех операндными высокопроизводительными
В середине 90х годов разработаны высокопроизводительные контроллеры.
ЦПУ представляет собой RISC. В RISC процессоре, благодаря использованию простых команд одной длины, исполняемых как правило 1 такт, достигается существенное упрощение блока управления ЦПУ и повышается его производительность.
RISC МК является МК семейства AVR фирмы ATMEL, которые получили своё название по инициалам разработчиков Альф Боген, Вегард Воллен и RISC архитектуре. Время выполнения большинства команд контроллеров AVR при тактовой частоте 20 МГц составляет 50 наносекунд.
RISC архитектуру имеют так-же семейства PIC Micro, формат команд МК этого семейства тоже фиксирован. Они выполняются в течении одного машинного цикла, но за 4 периода тактовой частоты. В целом ЦПУ различных типов МК характеризуется широким диапазоном производительности и зависящей от неё стоимости.
Внутренняя память данных МК обычно представлена в виде регистрового файла RRAM, объём памяти зависит от типа МК и может существенно отличаться не только в МК различных семейств, но и в отдельных моделях МК одного семейства, например: память RRAM - 96 байт в AVR контроллере, 256 байт в МК семейства MCS-S1, от 232 до 1024 байт в МК семейства МС 96.
Система команд типового МК ориентированна на решение задач управления, алгоритмы которого обеспечивают контроль состояния объекта и реализацию функций логического управления. Роль вычислительных алгоритмов в таких задачах относительно невелика. Наряду с группами команд пересылы арифметических и логических операций, условные и безусловные передачи управления; системы команд обычно включают операции с отдельными битами. Необходимость использования команд побитовой обработки связана с тем, что МК по своему назначению и алгоритмам функционирования предполагает наличие входа и выхода переменных булевых.
Отдельные программно доступные биты могут пересылаться, анализироваться, использоваться в логических вычислениях, что актуально для функций управления.
Особенности организации ЦПУ. Система команд и …...........
…........................................................................................ даются в фирменных описаниях и в справочной информации.
Особенности организации памяти
Отличительной архитектурной особенностью МК является то, что для хранения команд и данных [E] разделенные логические, а часто физические блоки памяти. Это обусловлено тем, что программы МК
19.09.11
Средства связи с объектом управления, другими микроконтроллерами и вычислительной машиной.
Порты ввода-вывода параллельной информации
Для связи МК с объектом управления (датчиками, исполнительными устройствами) в структуре МК обычно содержится широкий спектр специальных средств, обеспечивающих ввод-вывод как дискретных, так и аналоговых сигналов. В число таких средств входят: средства параллельного и последовательного ввода-вывода дискретных сигналов, а так же устройства ввода-вывода аналоговых сигналов. В МК отдельные линии ввода-вывода дискретных сигналов объединяются в параллельные n-разрядные порты. Параллельные порты позволяют непосредственно вводить в МК и выводить из него данные в виде параллельного цифрового кода. Обычно их используют для связи с датчиками и исполнительными устройствами объекта управления имеющего входные или выходные сигналы, представленные много разрядными двоичными кодами.
Число портов вводов-выводов в современных контроллерах непосредственно связано с числом выводов корпуса МК и как правило не превышает 4-6. Параллельные порты являются двунаправленными, они обеспечивают как ввод (передачу информации от ВУ в МК), так и вывод (передачу информации от МК в ВУ).