Цель работы: определять классификацию и назначение МП

Ход работы:

1. Определение микропроцессора.

2. Назначение МП.

3. Задачи параллельной обработки данных

4. Что включает архитектура

5. Два типа архитектуры

6. Достоинства и недостатки архитектур

7. Вывод

Теоретические сведения:

1. Микропроцессор– обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное с использованием технологии БИС (больших интегральных схем) на 1-м или нескольких кристаллах и обладающее способностью под программным управлением выполнять обработку информации.

2. По назначению МП делятся на универсальные и специализированные.

Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач.

Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач. Среди специализированных микропроцессоров можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т.д.

3. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Они выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т.д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т.д.). При этом применение аналогового микропроцессора значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также расширяет функциональные возможности за счет программной "настройки" цифровой части микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов.

По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на синхронные и асинхронные. Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов). Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

По количеству выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры. В однопрограммных микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы. В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

3. Понятие архитектуры микропроцессора определяет его составные части, а также связи и взаимодействие между ними. Архитектура содержит: 1) структурную схему самого МП; 2) программную модель МП (описание функций регистров); 3) информацию про организацию памяти(объём памяти и способы её адресации); 4) описание организации процедур ввода-вывода.

4. Существует два основных типа архитектур: фон Неймана и гарвардская. Особенностью архитектуры фон Неймана является то, что программа и данные хранятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и управления.

В основе архитектуры фон Неймана лежат следующие принципы:

1. Принцип программного управления

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности.

2. Принцип однородности памяти.

Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления - чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Особенностью гарвардской архитектуры является то, что память данных и программ разделены и имеют отдельные шину данных и шину команд, что позволяет повысить быстродействие МП.

Сравнительный анализ:

Гарвардская архитектура начала интенсивно использоваться только в конце 1970-х годов, когда началось интенсивное применение цифровых сигнальных процессоров. Причиной появления интереса к гарвардской архитектуре было то, что в цифровых сигнальных процессорах необходимый объем памяти данных МП, используемой для хранения промежуточных результатов, как правило, на порядок меньше требуемого объема памяти программ.

5. Достоинства гарвардской архитектуры следующие :

1. Применение небольшой по объему памяти данных способствует ускорению поиска информации в памяти и увеличивает быстродействие МП.

2. Гарвардская архитектура позволяет организовать параллельное выполнение программ – выборка следующей команды может происходить одновременно с выполнением предыдущей в результате чего сокращается время выборки команды.

Недостатком гарвардской архитектуры является усложнение архитектуры МП и необходимость генерации дополнительных управляющих сигналов для памяти команд и памяти данных. В системах коммутации и, в более широком смысле – в системах связи, применяются как процессоры с архитектурой фон Неймана, так и процессоры с гарвардской архитектурой.

Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана – упрощение устройства МПС, так как реализуется обращение только к одной общей памяти. Кроме того, использование единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы между областями программ и данных, что существенно повышало гибкость МПС с точки зрения разработчика программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно поэтому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компьютеров, включая персональные компьютеры.