29

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматики и микропроцессорной техники

Лабораторная работа AVR 1

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СИСТЕМЫ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR

Кострома 2009

УДК 621.3

Федюкин В.М., Матвеев А.И., Бутусова Е.А. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СИСТЕМЫ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR: Методические указания. – 1е изд. – Кострома; Изд-во КГТУ, 2009, - 24с.

Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СИСТЕМЫ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR» предназначена для выполнения студентами спец.220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» по дисциплине «Микропроцессорная техника», для самостоятельного изучения при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Рецензенты: доц. Попов В.Н.

Кафедра АМТ КГТУ

Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ “ ” . . . . . . . . . . . . . . . . 2009 г.

© Костромской государственный технологический университет 2009

Лабораторная работа AVR 1

Исследование структуры и системы команд микроконтроллеров семейства AVR

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение структуры и системы команд микропроцессора (МП), практическое выполнение различных команд в шаговом режиме.

1. Теоретическая часть

1.1. Понятие архитектуры микропроцессоров

Любой микропроцессор (МП) представляет собой сложное электронное изделие, составленное из сотен тысяч транзисторов. Но разработчиков информационных и управляющих систем не интересует схемная реализация МП, потребитель воспринимает МП как нечто цельное, имеющее внешние потребительские свойства, заложенные изготовителем в его архитектуру.

Разработчику аппаратных средств МП систем необходимо знать функциональное назначение всех входных и выходных сигналов МП, их нагрузочную способность, временные характеристики и диаграмму работы. Все это объединяется в понятии внешнего интерфейса и учитывается при объединении отдельных компонентов в систему.

Для разработчика программных средств необходимо знать программную модель МП, показывающая ресурсы, которыми может распоряжаться программист. Средства работы с этими ресурсами определяются системой команд и режимами адресации.

Итак, под архитектурой МП понимают совокупность аппаратных, программных и микропрограммных средств с точки зрения свойств, предоставляемых пользователю.

Анализируя архитектуру, можно провести следующую классификацию микропроцессоров.

1.1.1. Принстонская (фоннеймановская) и гарвардская архитектура

      В 1945 г. американский математик Джон фон Нейман, работавший в Принстонском университете сформулировал основные принципы работы современных компьютеров. Им была предложена архитектура, получившая его имя и предполагающая хранение программ и данных в общей памяти. Сегодня такая архитектура наиболее характерна для микропроцесс-соров, ориентированных на использование в компьютерах. Примером могут служить микропроцессоры семейства х86.       Архитектура, предполагающая использование разделенных физически областей памяти для хранения программ и хранения данных, носит название гарвардской, поскольку их идеология была в свое время разработана Гарвардским университетом. Гарвардская архитектура позволяет центральному процессору работать одновременно как с памятью программ, так и с памятью данных, что существенно увеличивает производительность, но требует увеличения количества шин - каналов связи.

1.1.2. Cisc и risc архитектура

     По набору команд микропроцессоры подразделяют на МП со сложной системой команд CISC (Complex Instruction Set Computer) и МП с сокращенной системой команд RISC (Reduced Instruction Set Computer).

CISC процессоры имеют большой набор команд (от 100 до 400 и более). Команды имеют разную длину в байтах и разное время исполнения, что усложняет их дешифрацию.      Идея RISC - это тщательный подбор команд, которые можно было бы выполнить за один такт. Упрощается аппаратная реализация процессора, сокращается число транзисторов, снижается потребляемая мощность и цена. Очевидно, что в общем случае одной CISC-ко-манде должны соответствовать несколько RISC-команд. Однако выигрыш в быстродействии у RISC перекрывает потери.

     В настоящее время грань между RISC и CISC стирается. Например, AVR имеют 133 ко-манды, что соответствует CISC, но большинство из них выполняется за один такт, что явля-ется признаком RISC. Поэтому основным признаком RISC принято считать выполнение команд за один такт.