0_МПиИСТС_Все главы. Микропроцессоры и интерфейсные средства транспортных средств
 Скачать 10.01 Mb.
|
1.9 Архитектура и структура микропроцессораАрхитектурой микропроцессора называется комплекс его аппаратных и программных средств, предоставляемых пользователю. В это общее понятие входит набор программно-доступных регистров и исполнительных (операционных) устройств, система основных команд и способов адресации, объем и структура адресуемой памяти, виды и способы обработки прерываний. Например, все модификации процессоров Pentium, Celeron имеют одинаковую, которая характеризуется стандартным набором регистров, предоставляемых пользователю, общей системой основных команд и способов организации и адресации памяти, одинаковой реализацией защиты памяти и обслуживания прерываний. При описании архитектуры и функционирования процессора обычно используются его представление в виде совокупности программно-доступных регистров, образующих регистровую ли программную модель. В этих регистрах содержатся обрабатываемые данные (операнды) и управляющая информация. Соответственно, в регистровую модель входит группа регистров общего назначения служащих для хранения операндов, и группа служебных регистров, обеспечивающих управление выполнением программы и режимом работы процессора, организацию обращения к памяти (защита памяти, сегментная и страничная организация и др.). Регистры общего назначения образуют РЗУ – внутреннюю регистровую память процессора. Состав и количество служебных регистров определяется архитектурой микропроцессора. Обычно в их состав входят:
Кроме того, различные модели микропроцессоров содержат ряд других специализированных регистров. Функционирование процессора представляется в виде реализации регистровых пересылок – процедур проверки и изменения состояния этих регистров путем чтения-записи их содержимого. В результат таких пересылок обеспечивается адресация и выбор команд и операндов, хранение и пересылка результатов, изменение последовательности команд и режимов функционирования процессора в соответствии с поступлением нового содержимого в служебные регистры, а также все другие процедуры, реализующие процесс обработки информации согласно заданным условиям. Структура микропроцессора определяет состав и взаимодействие основных устройств и блоков, размещенных на его кристалле. В эту структуру входят:
Состав устройств и блоков, входящих в структуру микропроцессора, и реализуемые механизмы их взаимодействия определяются функциональным назначением и областью применения микропроцессора. Архитектура и структура микропроцессора тесно взаимосвязаны. Реализация тех или иных архитектурных особенностей требует введения в структуру микропроцессора необходимых аппаратных средств (устройств и блоков) и обеспечения соответствующих механизмов их совместного функционирования. Важной архитектурной особенностью микропроцессоров является используемый вариант реализации памяти и организация выборки команд и данных. По этим признакам различаются процессоры с Принстонской и Гарвардской архитектурой. Эти архитектурные варианты были предложены в конце 40-х годов специалистами, соответственно, Принстонского и Гарвардского университетов США для разрабатываемых ими моделей компьютеров. Принстонская архитектура (архитектура фон Неймана). Для размещения команд и данных используется одна и та же оперативная память, ресурсы которой перераспределяются в зависимости от решаемой задачи (рис. 1.6). Обращение к командам и данным происходит по одной и той же системной магистрали (шине).
Гарвардская архитектура. Команды и данные размещаются в собственных отдельных блоках оперативной памяти (рис. 1.7) и обращение к каждому из блоков осуществляется по собственной магистрали (шине). Возможна одновременная работа этих шин.
Достоинствами систем с принстонской архитектурой являются: - возможность эффективного распределения имеющейся оперативной памяти между командами и данными для каждой из решаемых задач; - простота контроля функционирования микропроцессорной системы при использовании одной системной магистрали. Основным недостатком систем с принстонской архитектурой является использование одной системной магистрали при обращении к командам и данным, что приводит к появлению узкого места (bottle neck) и снижению быстродействия микропроцессорной системы. Недостатками систем с гарвардской архитектурой являются: - невозможность эффективного распределения имеющейся оперативной памяти между командами и данными для каждой из решаемых задач; - сложность контроля функционирования микропроцессорной системы при использовании нескольких системных магистралей. Главным достоинством систем с гарвардской архитектурой является возможность повышения быстродействия системы за счет параллельного обращения микропроцессора к памяти команд и памяти данных. Хронологически первые 15 – 20 лет применения микропроцессоров использовалась принстонская архитектура в связи с дефицитностью и высокой стоимостью оперативной памяти, но далее по мере удешевления оперативной памяти произошел переход к гарвардской архитектуре. |
