Вопрос 10. Процессоры arm. Общий обзор.

Процессоры ARM, разрабатываемые фирмой ARM (AdvansedRISCMachines), играют значительную роль на рынке встраиваемых систем, особенно на рынке миниатюрных систем, сочетающих высокие пиковые нагрузки с длительными периодами ожидания (например, мобильные телефоны).

Общий обзор

Компания ARM (AdvansedRISCMachines) была основана в ноябре 1990 года фирмами:

• AcornComputers (информационные технологии для образования, Великобритания)

• AppleComputers

• VLSITechnology

Основной целью компании является разработка микропроцессорных ядер и их лицензирование широкому кругу производителей. ARMDesignServiceGroup постоянно работает с партнерами, обеспечивая ARM экспертизу OEM потребителям, желающим иметь встроенные в микросхемы решения на основе ядер ARM.

На основе ARM ядра разработано более 30 микропроцессоров и специализированных микросхем. Они находят применение в сотовых телефонах, органайзерах, модемах, графических ускорителях, видеофонах, камерах, телефонных коммутаторах, игровых приставках, дисковых накопителях, высокопроизводительных рабочих станциях, автомобильных навигационных системах, цифровых декодерах, smart картах, лазерных принтерах. Основные отличительные черты архитектуры ARM:

1. Все инструкции являются условными (т.е. выполняются, только если код условия сов падает с кодом, указанным в инструкции). Это позволяет увеличить плотность кода и уменьшить потребность в инструкциях близкого перехода.

2. Все целочисленные арифметические инструкции могут выполнять операцию сдвига над операндами за тот же цикл, что выполняется и сама инструкция.

3. Возможность выполнять DSP-подобные функции:

Основные члены семейства:

ARM1: прототип ядра, использовался только в тестовых системах.

ARM2 (8 MHz, 4.7 MIPS): 64Кб адресное пространство.

ARM3 (33 MHz, 18 MIPS): 4Кб единый кэш.

ARM6 (36000 транзисторов, 33 MHz, 28 MIPS): интерфейс сопроцессора.

ARM7 (35000 транзисторов): 1) 3-х стадийный конвейер; 2) улучшенная инструкция аппаратного умножения (нужна для работы DSP)

ARM8 (80 MHz, 80 MIPS): 5-ти стадийный конвейер.

Вопрос 11. Повышение производительности процессоров за счет конвейеризации. Условия оптимального функционирования конвейера.

Конвейеризация является одним из основных способов повышения производительности процессора. В процессе выполнения несколько инструкций находятся в разной степени готовности.

Всего 5 стадий: 1) выборка инструкций, т.е. перенос ее из памяти во внутрь процессора; 2) декодирование – реализуется анализ поля кода операции; 3) определение операнда; 4) исполнение, т.е. выполнение какой-то операции; 5) запись результата (нп-р в память).

Вопрос 12. Особенности оборудования, на котором работают осрв. “Обычные” и промышленные компьютеры, встраиваемые системы.

Вычислительные установки, на которых применяются ОСРВ, можно условно разделить на три группы.

1. "Обычные" компьютеры. По логическому устройству совпадают с настольными системами. Аппаратное устройство несколько отличается. Для обеспечения минимального времени простоя в случае техничекой неполадки процессор, память и т.д. размещены на съемной плате, вставляемой в специальный разъем так называемой "пассивной" основной платы. В другие разъемы этой платы вставляются платы периферийных контроллеров и другое оборудование. Сам компьютер помещается в специальный корпус, обеспечивающий защиту от пыли и механических повреждений. В качестве мониторов часто используются жидкокристалические дисплеи, иногда с сенсочувствительным покрытием. По экономическим причинам среди процессоров этих компьютеров доминирует семейство Intel 80x86. Подобные вычислительные системы обычно не используются для непосредственного управления промышленным или иным оборудованием. Они в основном служат как терминалы для взаимодействия с промышленными компьютерами и встроенными контроллерами, для визуализации состояния оборудования и технологического процесса. На таких компьютерах в качестве операционных систем часто используются "обычные" операционные системы с дополнительными программными комплексами, адаптирующими их к требованиям "реального времени".

2. Промышленные компьютеры. Состоят из одной платы, на которой размещены: процесссор, контроллер памяти, память 4-х видов:

o ПЗУ, постоянное запоминающее устройство (ROM, read-onlymemory), где обычно размещена сама ОСРВ; типичная емкость - 500Кб;

o ОЗУ, оперативное запоминающее устройство (RAM, randomaccessmemory), куда загружается код и данные ОСРВ; обычно организована на базе динамическойпамяти (dynamicRAM, DRAM); типичная емкость - 16Mb;

o статическое ОЗУ (staticRAM, SRAM) (то же, что и ОЗУ, но питается от имеющейся на плате батарейки), где размещаются критически важные данные, которые не должны пропадать при выключении питания; типичная емкость - 2Mb; типичное время сохранения данных - 5 лет;

o флеш-память (flashRAM) (электрически программируемое ПЗУ), которое играет роль диска для ОСРВ; типичная емкость - 4Mb;

контроллеры периферийных устройств: SCSI (SmallComputerSystemInterface), Ethernet, COM портов, параллельного порта, несколько программируемых таймеров. На плате находится также контроллер и разъем шины, через которую компьютер управляет внешними устройствами. В качестве шины в подавляющем большинстве случаев используется шина VME, которую в последнее время стала теснить шина CompactPCI.

3. Встраиваемые системы. Устанавливаются внутрь оборудования, которым они управляют. Для крупного оборудования (например, локомотив или самолет) могут по исполнению совпадать с промышленными компьютерами. Для оборудования поменьше (например, принтер) могут представлять собой процессор с сопутствующими элементами, размещенный на одной плате с другими электронными компонентами этого оборудования. Для миниатюрного оборудования (например, мобильный телефон) процессор с сопутствующими элементами может быть частью одной из больших интегральных схем этого оборудования.