- •Микропроцессоры и микропроцессорные системы.
- •1. Структурная схема микропроцессорной системы.
- •2. Описание шин магистрали.
- •3. Принстонская архитектура.
- •4. Гарвардская архитектура микропроцессорной системы.
- •5. Функции микропроцессора в микропроцессорной системе. Структура базового микропроцессора.
- •6. Функции памяти.
- •7. Функции увв. Типы адресации.
- •8. Режимы работы микропроцессорных систем.
- •9. Классификация и структура микроконтроллеров (мк).
- •10. Структура микроконтроллеров. Назначение блоков и их описание.
- •11. Risc и cisc микропроцессора.
- •12. Суперскалярная архитектура микропроцессора Pentium.
- •13. Структурная схема микропроцессора Pentium. Назначения отдельных блоков.
- •14. Процессор amd “Bulldozer”. Блоки “Frontend”, fpu.
- •15. Кэш amd fx “Bulldozer”. Блок-схема.
- •16. Микропроцессор Power pc. Назначение блоков.
- •17. Микропроцессор Power pc. Описание работы по структурной схеме.
3. Принстонская архитектура.
Архитектура фон Неймана (англ. von Neumann architecture) — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.
Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п.
Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций, и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.
4. Гарвардская архитектура микропроцессорной системы.
Гарвардская архитектура почти не использовалась до конца 70-х годов, когда производители микроконтроллеров поняли, что эта архитектура дает преимущества устройствам, которые они разрабатывали.
Основным преимуществом архитектуры Фон Неймана является то, что она упрощает устройство микропроцессора, так как реализует обращение только к одной общей памяти. Для микропроцессоров самым важным является то, что содержимое ОЗУ (RAM - Random Access Memory) может быть использовано как для хранения данных, так и для хранения программ. В некоторых приложениях программе необходимо иметь доступ к содержимому стека. Все это предоставляет большую гибкость для разработчика программного обеспечения, прежде всего в области операционных систем реального времени, о которых пойдет речь позднее.
Гарвардская архитектура выполняет команды за меньшее количество тактов, чем архитектура Фон Неймана. Это обусловлено тем, что в Гарвардской архитектуре больше возможностей для реализации параллельных операций. Выборка следующей команды может происходить одновременно с выполнением предыдущей команды, и нет необходимости останавливать процессор на время выборки команды.
Например, если процессору с Принстонской архитектурой необходимо считать байт и поместить его в аккумулятор, то он производит последовательность действий, показанную на рис. 1.5. В первом цикле из памяти выбирается команда, в следующем цикле данные, которые должны быть помещены в аккумулятор, считываются из памяти.