Классификация микропроцессоров

По числу БИС в микропроцессорном комплекте все МП принято делить на три больших класса: однокристальные, многокристальные и секционированные. Вся структура однокристальных МП реализована на одном кристалле микросхемы и конструктивно выполнена в одном корпусе. Такие МП имеют фиксированную разрядность и, как правило, фиксированный набор команд. Аппаратура, построенная на однокристальных МП, имеет более высокую надежность по сравнению с аппаратурой, использующей иную элементную базу в следствии малого числа внешних соединений. Многокристальные МП представляют собой набор из нескольких микросхем, причем функционально каждый тип устройства структуры МП или их набор реализованы в отдельном корпусе БИС. Многокристальные МП имеют также фиксированную разрядность и, как правило, фиксированную систему команд.

Однокристальные и многокристальные МП составляют класс МП замкнутого типа. В МП замкнутого типа разрядность обрабатываемых операндов 8, 16, 32 или 64 бит и может быть увеличена только программным путем, т.е. последовательной обработкой многоразрядных операндов по частям. Это существенно снижает реальное быстродействие МП при работе с многоразрядными операндами.

Секционированные МП конструктивно тоже реализованы в виде набора микросхем. Но отличие секционированных МП от многокристальных состоит в том, что у первых разбиение происходит на структурном уровне, а у секционированных - по группам разрядов. Секционированные МП строятся в виде соединения одинаковых микропроцессорных секций. Каждая такая секция, оформленная в виде отдельной БИС, предназначена для обработки обычно 2-х, 4-х или 8-ми разрядов исходного операнда. Между секциями передаются необходимые сигналы переноса, возникающие при выполнении арифметических операций, сдвигов операнда и т.п. Наращивание разрядности обрабатываемых операндов в рассматриваемом случае производится аппаратным способом, т.е. путем увеличения числа микропроцессорных секций. Секционированные МП имеют, как правило, изменяемую систему команд.

Что касается разрядности формируемых адресов, то в МП замкнутого типа эта разрядность фиксирована, а в секционированных МП число разрядов адреса как и операндов увеличивается до требуемой величины путем соединения соответствующего числа микропроцессорных секций.

По назначению различают МП универсальные и специализированные. Универсальные МП применяются для построения систем решения широкого круга задач. Производительность решения задачи в этом случае слабо зависит от специфики самой задачи. Для повышения производительности системы, обусловленной именно спецификой задачи стараются применять специализированные МП, ориентированные на решение конкретной задачи. К таким МП можно отнести математические МП, использующие в системе команд набор специализированных команд, реализующих различные математические функции; различные микроконтроллеры, сигнальные МП, реализующие оптимальные методы цифровой обработки сигналов и пр.

По виду обрабатываемых входных сигналов различают МП цифровые и аналоговые. Цифровые МП оперируют с информацией, представленной в дискретной двоичной форме в виде комбинации двух цифр - нуля и единицы. Аналоговые МП оперируют с информацией в аналоговой форме, т.е. в форме непрерывных функций времени. Однако по сути аналоговые МП все равно остаются цифровыми устройствами, т.к. вся обработка осуществляется в цифровой форме цифровыми методами. Аналоговые же сигналы вводятся в МП через аналого-цифровые преобразователи и выводятся через цифро-аналоговые преобразователи, включенные в структуру самого МП.

По характеру временной организации работы МП делятся на синхронные и асинхронные. В синхронных МП начало и конец выполнения операции задаются устройством управления. Время выполнения команды в данных МП фиксировано и не зависит ни от типа команды ни от типа обрабатываемых данных. В асинхронных МП конец выполнения операции определяется по фактическому сигналу окончания операции. Время выполнения команды в данных МП индивидуально для каждой команды и начало выполнения очередной команды следует сразу же после окончания предыдущей не дожидаясь специальных сигналов синхронизации устройства управления.

По количеству выполняемых программ различают МП однопрограммные и мультипрограммные. В однопрограммных МП в текущий момент времени может выполняться только одна программа. В мультипрограммных МП возможно параллельное выполнение сразу нескольких программ одновременно. Такие МП используются преимущественно, когда требуется обрабатывать большое количество источников информации и большие массивы данных.

По технологии изготовления различают МП, изготовленные по МОП-технологии и МП, изготовленные по биполярной технологии. МОП МП построены на основе МОП транзисторов с р-каналом (p-МОП БИС), на основе МОП транзисторов с n-каналом (n-МОП БИС) и на основе комплементарных МОП транзисторов (КМОП БИС). Биполярные МП построены на основе элементов транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (ТТЛШ БИС), на основе элементов интегральной инжекционной логики (И²Л БИС) и на основе элементов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ БИС). Наибольшим быстродействием обладает ЭСЛ-технология, наименьшим - p-МОП-технология. Минимальным энергопотреблением при среднем быстродействии обладает КМОП-технология. Наибольшую степень интеграции при среднем быстродействии обеспечивает n-МОП-технология.

Следует отметить, что в первые годы развития МП в литературе различали их поколения. Однако в настоящее время такая классификация не имеет смысла, поскольку понятие "поколения МП" носит более условный характер, чем для ЭВМ, где каждое следующее поколение имело более высокие технико-экономические характеристики по сравнению с предыдущим и поэтому вытесняло его. МП всех поколений сосуществуют длительное время и взаимно дополняют, а не вытесняют друг друга. Есть примеры, когда в одном устройстве работают МП, принадлежащие к разным поколениям.