Классификация микропроцессоров. Понятие о разрядности и системе команд
Все существующие микропроцессоры можно классифицировать по ряду признаков. Рассмотрим наиболее распространенные.
По типу архитектуры, или принципу построения, различают:
МПС с принстонской архитектурой (архитектурой фон Неймана) и
МПС с гарвардской архитектурой.
Первые МПС строились по принстонской архитектуре, в которой память для команд и данных является общей. Достоинства этой архитектуры: простота, возможность оперативного перераспределения памяти между областями хранения команд и данных и др. Недостаток — последовательная во времени выборка из памяти команд и данных, передаваемых по одной и той же системной шине, что ограничивает производительность МПС.
В гарвардской архитектуре память разделена на память команд и память данных, причем каждая из них имеет собственную шину для общения с процессором. При этом во время передач данных для выполнения текущей команды можно производить выборку и расшифровку следующей, что повышает производительность МПС.
По типу системы команд микропроцессоры делятся на:
- — CISC-процессоры;
- — RISC-процессоры;
- — VLIW-процессоры.
Процессоры CISC (Complex Instruction Set Computer) имеют так называемую сложную систему команд, т. е. большой набор разноформатных команд при использовании многих способов адресации. Архитектура CISC присуща классическим процессорам.
Процессоры RISC (Reduced Instruction Set Computer) имеют сокращенную систему команд.
Особенность процессоров VLIW (Very Long Instruction Word) заключается в использовании очень длинных команд (16 и более байт).
универсальные, предназначены для выполнения функций управления и вычисления;
специализированные, выполняют только узкоспециализированные функции вычисления или управления (вычисление сложных алгебраических функций или управление конкретным устройством — станком, автомобилем и т. д.). микропроцессор вычислительная система разрядность
По виду обрабатываемой информации:
цифровые, работают с бинарными (2-уровневыми) сигналами, обозначающими логический нуль и единицу. Обычно имеет смысл ссылка на тип цифрового сигнала: ТТЛ, ЭСЛ или КМОП-уровень;
аналоговые, работают с аналоговыми (непрерывными) уровнями сигналов. В случае аналогового сигнала имеют смысл предельные значения входного напряжения или тока.
По разрядности данных:
фиксированные, в случае фиксированной разрядности указывается конкретное значение длины информации (бит, байт, слово и т. д.);
переменные, в случае переменной разрядности указывается значение кванта, на который возможно наращивание разрядности (2, 4 или 8 бит).
По тактовой частоте:
статические, имеют нижний предел тактовой частоты равный нулю, т. е. при отсутствии тактовой частоты МП перейдет в состояние «Ожидание», а по ее появлении продолжит свою работу;
динамические, имеют нижний предел тактовой частоты не равный 0, т. е. при снижении частоты синхронизации ниже придельного уровня МП перестает нормально функционировать.
По виду синхронизации:
Предлагаемая ниже классификация во многом повторяет предыдущую.
По числу управляющих магистралей:
По системе команд:
Под разрядностью микропроцессора следует понимать величину его разрядной сетки, определяемой соотношением разрядности шины данных и адреса. Строго говоря, не существует точного определения разрядности, но, как правило, под разрядностью понимают ширину поля данных. В литературе можно зачастую встретить так называемые 8-, 16-, 32х64 или 8/16разрядные процессоры. Так, МП Intel 8080 (I8080) имеет 8-разрядную шину данных и 16-разрядную шину адреса, но по типу обрабатываемых данных относится к 8-разрядному процессору. МП Intel 80386 (I80386) принято называть 32-разрядным процессором, так как он имеет 32-разрядные раздельные шины адреса и данных.
Команда и система команд микропроцессора
Под командой следует понимать задание на выполнение микропроцессором определенного действия. Система команд МП — это набор функций, определенных для микропроцессора. Наиболее существенными для ознакомления с особенностями системы команд являются три признака: длина команды, функциональный признак и способ адресации.
По длине (или по величине занимаемых байтов) команды подразделяют на однобайтовые, двухбайтовые, трехбайтовые и т. д. При этом первый байт (или слово — в более мощных процессорах) всегда отводится под код команды, а последующие содержат либо данные, либо адрес, по которому они хранятся в памяти.
По функциональным признакам, т. е. по виду выполняемых действий, команды подразделяют на следующие группы: группа команд пересылки, группа арифметических команд, группа логических команд, группа команд переходов, группа команд управления и работы со стеком, группа команд ввода/вывода, группа команд управления процессором, группа специализированных команд.
По способу адресации (т. е. по виду обращения к памяти или внутренним устройствам МП) различают следующие виды команд: регистровая адресация (команды обращения к внутренним регистрам МП), команды непосредственного обращения к памяти, команды косвенного обращения (команды, в которых адрес ячейки памяти указан не явно, а через указатель, хранящийся во внутреннем регистре процессора или в ячейке памяти).
3.3. Разрядность микропроцессора
Информация внутри компьютера представлена в виде двоичных чисел, т.е. сочетаний логических единиц и нулей, называемых битами (1 бит- один двоичный разряд, 1 или 0). Между устройствами компьютера данные передаются не сплошным потоком, а порциями- машинными словами, одно машинное слово передаётся за один такт работы компьютера. Количество бит в машинном слове называется разрядностью. Чем больше разрядность, т.е. чем длиннее машинное слово, тем быстрее передаётся и обрабатывается информация, тем быстрее работает компьютер.
Применительно к микропроцессору, различают три вида разрядности:
1. разрядность регистров микропроцессора;
2. разрядность шины данных;
3. разрядность шины адреса.
Разрядность регистров— это длина машинного слова внутри микропроцессора. Разрядность этого вида диктуется вместимостью внутренних ячеек памяти процессора- вместимостью регистров. Когда классифицируют микропроцессор и употребляют термин «разрядность микропроцессора», то подразумевается внутренняя разрядность, поскольку именно разрядность регистров определяет эффективность обработки данных микропроцессором, диктует диапазон допустимых значений операндов.
С середины 80-х, когда был выпущен процессор Intel 80386 и до начала 2000-х годов все процессоры для персональных компьютеров (не серверов и профессиональных рабочих станций) были 32-разрядными. В 2002 году появились 64-битные процессоры «Power PC G5» разработки компании IBM для персональных компьютеров Apple Mac. Первые 64-битные процессоры для IBM PC-совместимых персональных компьютеров были разработаны в 2003 году компанией AMD (Athlon 64). Весной 2005 года компания Intel предложила свои первые 64-разрядные микропроцессоры для персональных компьютеров- это Intel Pentium 4 серии 6хх и Pentium 4XE с частотой 3.73 МГц, поддерживающие технологию EM64T. Следует отметить, что для эффективной работы микропроцессоров AMD и Intel в новом 64-разрядном режиме необходимо установить на компьютер 64-разрядные версии всех программ, и в первую очередь операционную систему WindowsХР Pro x64. Иначе перечисленные процессоры будут работать как их 32-разрядные предшественники, принципиально от них не отличаясь.
Разрядность шины данных. Под шиной данных понимается группа проводников, по которым от микропроцессора к другим устройствам компьютера передаются данные. Разрядность шины данных – это число проводников в ней. Этот вид разрядности диктует длину машинных слов при передаче информации вне процессора, т.е. это длина «внешнего машинного слова». Длина машинных слов внутри микропроцессора и длина внешнего машинного слова могут не совпадать. Например, первый микропроцессор, устанавливавшийся на персональный компьютер IBM PC (Intel 8088), имел внутреннюю разрядность 16 бит, а длину внешнего машинного слова- всего 8 бит. В его современнике Intel 8086 длина внешнего машинного слова была увеличена до размеров разрядности регистров, т.е. до 16 бит, что дало прирост производительности микропроцессора на 40% при той же тактовой частоте. Схожее несовпадение разрядности компания Intel применила на микропроцессоре 80386SX, а также на всех процессорах Pentium (исключая последние 64-разрядные).
Разрядность шины адреса— это число проводников в адресной шине. По этим проводникам от микропроцессора к оперативной памяти передаётся информация для определения ячеек памяти, к которым надо получить доступ. Чем шире шина адреса, тем к большему числу ячеек памяти может адресовываться микропроцессор. Адресное пространство микропроцессора, т.е. наибольший теоретически возможный размер оперативной памяти, доступный для данного микропроцессора, определяется величиной 2 n , где n- разрядность адресной шины. Например, у Intel 8088 и Intel 8086 адресная шина имела 20 проводников. Наибольший размер оперативной памяти у компьютеров с таким микропроцессором был не более 2 20 = 1048 000 байт, т.е. 1 Мбайт. У процессора следующего поколения, Intel 80286, была 24-разрядная шина адреса, что увеличило максимум адресуемой оперативной памяти до 16 Мб. Начиная с Intel 80386, микропроцессоры Intel длительное время имели 32-битную шину адреса и соответственно адресное пространство 4 Гб. Современные микропроцессоры AMD и Intel (с технологией EM64T) поддерживают 64-разрядную адресацию памяти, но для реализации этого режима необходима 64- разрядная версия Windows.
Что такое микропроцессор и чем микропроцессоры отличаются между собой?
Микропроцессор — это мозг любого вычислительного устройства. Без него невозможно построить какой-либо стоящий электронный прибор. Микропроцессоры бывают разны ми по своим характеристикам, поэтому их можно встретить в суперкомпьютере, который занимается нереальными расчетами , или в мини — компьютере Arduino, который контролирует полив комнатных цветов. Разные микропроцессоры выполняют разные задачи, но цель у них одна — облегчить жизн ь людям.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.