Классификация микропроцессоров.

 

мкПроц - устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде, реализованный в виде одной микросхемы.

В зависимости от области применения микропроцессора меняются требования к нему.

Это накладывает отпечаток на внутреннюю структуру микропроцессора.

В настоящее время определилось три направления развития микропроцессоров:

универсальные микропроцессоры

микроконтроллеры

сигнальные микропроцессоры

 

КМОП технология позволяет обменивать скорость работы на потребляемый ток (чем с большей скоростью переключаются логические элементы микросхемы, тем больший ток потребляет микросхема);

Модернизация аппаратуры заключается в смене управляющей программы.

По области применения определилось, как уже отмечено, три направления развития микропроцессоров:

универсальные микропроцессоры

микроконтроллеры

сигнальные микропроцессоры

По внутренней структуре существует два основных принципа построения микропроцессоров:

Архитектура Фон-Неймана

Гарвардская архитектура

По системе команд микропроцессоры отличаются огромным разнообразием, зависящим от фирмы-производителя.

Тем не менее можно определить две крайние политики построения микропроцессоров:

Аккумуляторные микропроцессоры

Микропроцессоры с регистрами общего назначения.

Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является принципиальная возможность работы над управляющими программами точно так же как над данными.

Это позволяет производит загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных.

Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных.

Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных.

Для того, чтобы программа могла работать в произвольной области памяти, её необходимо модернизировать перед загрузкой, то есть работать с нею как с обычными данными.

Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы, но создаёт принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надёжность работы аппаратуры.

Эта архитектура используется в универсальных компьютерах и в некоторых видах микроконтроллеров.

В Гарвардской архитектуре принципиально различаются два вида памяти:

память программ

память данных

В Гарвардской архитектуре (РИС 24!!!) принципиально невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае неправильных действий над данными.

Кроме того, в ряде случаев для памяти программ и памяти данных выделяются отдельные шины обмена данными.

Эти особенности определили области применения этой архитектуры построения микропроцессоров.

Гарвардская архитектура применяется в микроконтролерах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где эта архитектура кроме обеспечения высокой надёжности работы устройств позволяет обеспечить высокую скорость выполнения программы.

Это возможно за счёт одновременного считывания управляющих команд и обрабатываемых данных, а так же запись полученных результатов в память данных.

Этот тип архитектуры характерен для сигнальных процессоров.

В микропроцессорах с регистрами общего назначения математические операции могут выполняться над любой ячейкой памяти.

В зависимости от типа операции команда может быть одноадресной, двухадресной или трёхадресной.

Принципиальным отличием аккумуляторных процессоров является то, что математические операции могут производиться только над одной особой ячейкой памяти - аккумулятором.

Для того, чтобы произвести операцию над произвольной ячейкой памяти её содержимое необходимо скопировать в аккумулятор, произвести требуемую операцию, а затем скопировать полученный результат в произвольную ячейку памяти.

В чистом виде не существует ни та ни другая система команд.

Все выпускаемые в настоящее время процессоры обладают системой команд с признаками как аккумуляторных процессоров, так и микропроцессоров с регистрами общего назначения.

44. Универсальные микропроцессоры

Они используются для построения компьютеров. При этом используются самые передовые решения по повышению производительности.

Габариты, стоимость и потребляемая энергия не являются критическими характеристиками микропроцессора.

В технике связи микропроцессоры используются для управления системами связи или устройствами связи высокой сложности и стоимости.

Такие компьютеры по сути выполняют функции контроллеров.

 

Причиной широкого распространения микропроцессоров стало то, что микропроцессор - это универсальная микросхема, которая может выполнять практически любые функции.

Универсальность обеспечивает широкий спрос на эти микросхемы, а значит массовость производства.

Стоимость же микросхем обратно пропорциональна массовости их производства, тем самым ещё больше увеличивается спрос.

РИС 23!

Микропроцессоры позволяют реализовывать схему управления практически любой сложности на одной универсальной микросхеме;