- •7. Принципы управления микропроцессора.
- •7.1. Классификация микропроцессоров.
- •7.2. Декомпозиция мп.
- •7.3. Принцип аппаратного управления ("жёсткой" логики).
- •7.4. Принцип микропрограммного управления (гибкой логики).
- •7.5. Способы формирования сигналов управления
- •Код номера
- •7.6. Операционное устройство мп.
- •7.7. Обобщённая структурная схема мп.
- •Адресный блок
- •8. Элементы архитектуры мп.
- •8.1. Структура команд.
- •8.2. Способы адресации, основанные на прямом использовании
- •Номера реги- стров
- •Число 4527
- •Адрес 1765
- •8.3. Способы адресации, основанные на преобразовании кода команды.
- •8.4. Понятие вектора состояния мп.
- •8.5. Понятие системы прерывания программ.
- •8.6. Характеристики системы прерывания.
- •8.7. Способы организации приоритетного обслуживания
- •Счётчик
- •Счётчик
- •Компаратор
- •Код маски
- •8.8. Процесс выполнения команд. Рабочий цикл мп.
- •8.9. Конвейерная обработка команд и данных.
- •8.10. Особенности risc-архитектуры.
- •Регистры глобальных переменных
8.10. Особенности risc-архитектуры.
Развитие архитектуры МП во многих случаях идёт по пути их усложнения: расширяется система команд, увеличивается число используемых способов адресации, вводятся сложные команды, которые выполняют процедуры, приближающиеся к примитивам языков высокого уровня и т.д.
Однако при этом порождается ряд нежелательных побочных эффектов:
Увеличивается длина кода команды и в первую очередь её операционная часть, что чревато увеличением числа форматов команд. В результате усложняется и замедляется процесс дешифрации кода операции, а также других процедур обработки команд.
Возрастающая сложность процедур обработки команд, в свою очередь, заставляет прибегать к управляющим устройствам с "гибкой" логикой вместо более быстродействующих управляющих устройств с "жёсткой" логикой.
Усложнение процессора делает более трудным или даже невыполнимым реализацию его на одном кристалле, что могло бы облегчить достижение высокой производительности.
Указанные негативные стороны процесса развития архитектуры привели к формированию альтернативного направления, использующего RISC-архитек-туру (аббревиатура RISC раскрывается как ЭВМ с сокращённым набором команд).
RISC-архитектура предполагает реализацию в процессоре сокращённого набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратурные средства процессора и, как результат, повысить его быстродействие.
При использовании RISC-архитектуры выбор системы команд и структуры МП направлены на то, чтобы команды выполнялись за один машинный цикл МП. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операций обеспечивают подпрограммы.
В микропроцессорах с RISC-архитектурой машинным циклом называют время, в течение которого производится выборка двух операндов из регистров, выполнение операции в АЛУ и запоминание результата в регистре.
Характерными особенностями RISC-архитектуры являются сокращённый набор команд (не более 50 – 100), небольшое число (обычно 2 – 3) простых способов адресации (в основном регистровой) и небольшое число простых форматов команд, размер и функциональное назначение полей которых фиксированы.
В результате устройство управления процессора упрощается и может быть выполнено на "жёсткой" логике.
Кроме того, появляется возможность увеличения на кристалле числа общих и специализированных регистров до нескольких десятков и даже сотен.
Большое число регистров позволяет до предела сократить количество обращений к внешней памяти для реализации таких операций, как сохранение промежуточных результатов, передача операндов из одних программ в другие программы или подпрограммы, сохранение вектора состояния при прерываниях.
Таким образом, большинство команд в RISC-архитектуре являются быстрыми командами типа "регистр – регистр".
Ещё одной особенностью RISC-архитектуры является механизм перекрывающихся регистровых окон, предназначенный для уменьшения числа обращений к оперативной памяти и межрегистровых передач, что способствует повышению производительности процессора.
Суть механизма заключается в следующем.
Процедурам динамически выделяются небольшие группы регистров фиксированной длины (регистровые окна).
Каждое окно состоит из трёх подгрупп регистров:
Регистры временного
хранения (В)
Окно про-
цедуры
В
Регистры локальных
переменных (В)
Регистры параметров
(В) Регистры
временного хранения (А)
Окно про-
цедуры
А
Вызов-
возврат
Регистры локальных
переменных (А)