Основные характеристики микропроцессора

1. тактовая частота определяет максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ;

2. разрядность, т.е. максимальным число одновременно обрабатываемых двоичных разрядов;

Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает:
m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;
n - разрядность шины данных, опред еляет скорость передачи информации;
k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства.

Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20;

3. архитектурой

Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.

Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

В общем случае под архитектурой ЭВМ понимается абстрактное представление машины в терминах основных функциональных модулей, языка ЭВМ, структуры данных.

Типы архитектур

Существует несколько подходов к классификации микропроцессоров по типу архитектуры.

1) по набору команд

a) МП с CISC (Complete Instruction Set Computer) архитектурой, характеризуемой полным набором команд;

b) RISC (Reduce Instruction Set Computer) архитектурой, которая определяет систему с сокращенным набором команд одинакового формата, выполняемых за один такт МП.

2) по разрядности

a) с фиксированной разрядностью и списком команд (однокристальные);

b) с наращиваемой разрядностью (секционные) и микропрограммным управлением.

3) по адресным пространствам программ и данных

a) архитектура фон Неймана - память программ и память данных находятся в едином пространстве и нет никаких признаков, указывающих на тип информации в ячейке памяти;

b) архитектура Гарвардской лаборатории - память программ и память данных разделены, имеют свои адресные пространства и способы доступа к ним.

4) по способам адресации памяти

Способы адресации – процедуры, позволяющие преобразовать информацию об адресах команд и данных в физические адреса.

а) Регистровая архитектура определяется наличием достаточно большого регистрового файла внутри МП. Команды получают возможность обратиться к операндам, расположенным в одной из двух запоминающих сред: оперативной памяти или регистрах. Размер регистра обычно фиксирован и совпадает с размером слова, физически реализованного в оперативной памяти. К любому регистру можно обратиться непосредственно, поскольку регистры представлены в виде массива запоминающих элементов - регистрового файла. К данному типу архитектуры относится микропроцессор Z80 (фирмы Zilog).

Рисунок 1.1.3 - Микропроцессор Z80 фирмы Zilog

В дополнение к основному набору РОН, в кристалле был реализован второй комплект аналогичных регистров. Это значительно упрощало работу при вызове подпрограмм или процедур обслуживания прерываний, поскольку программист мог использовать для них альтернативный набор регистров, избегая сохранения в стеке содержимого РОНов для основной программы с помощью операций PUSH. Кроме того, в систему команд был включен ряд специальных инструкций, ориентированных на обработку отдельных битов, а для поддержки регенерации динамической памяти в схему процессора введены соответствующие аппаратные средства.

b) Архитектура с адресацией посредством аккумуляторов (меньший набор команд).

Рисунок 1.1.4 - Микропроцессор МСS-48Intel с одним аккумулятором

с) двухаккумуляторная архитектура

Рисунок 1.1.5 - Микропроцессор МС6800 фирмы Motorola.

Микропроцессор МС 6800 содержал два аккумулятора, и результат операции АЛУ мог быть помещен в любой из них. Но самым ценным качеством структуры МС 6800 было автоматическое сохранение в стеке содержимого всех регистров процессора при обработке прерываний (Z80 требовалось для этого несколько команд PUSH). Процедура восстановления РОН из стека тоже выполнялась аппаратно.

d) Стековая архитектура дает возможность создать поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации.
В общем случае команды неявно адресуются к элементу стека, расположенному на его вершине, или к двум верхним элементам стека.

e) Архитектура МП, ориентированная на оперативную память (типа "память-память"), обеспечивает высокую скорость работы и большую информационную емкость рабочих регистров и стека при их организации в оперативной памяти.
Архитектура этого типа не предполагает явного определения аккумулятора, регистров общего назначения или стека; все операнды команд адресуются к области основной памяти.

С точки зрения важности для пользователя-программиста под архитектурой в общем случае понимают:

- разрядности адресов и данных;

- состава, имен и назначения программно-доступных регистров;

- форматов и системы команд;

- режимов адресации памяти;

- способов машинного представления данных разного типа;

- структуры адресного пространства;

- способа адресации внешних устройств и средств выполнения операций ввода/вывода;

- классов прерываний, особенностей инициирования и обработки прерываний

Тема 1.2