3. Архітектура однокристального мікропроцесора

Рассмотренные способы организации МК на базе однокристального микропроцессора К580ВМ80А дают возможность проектирования одноплатных микроконтроллеров, в состав которых входит порядка десяти БИС обрамления, обеспечивающих взаимодействие МП с внешними устройствами. Применение одноплатных МК, обладающих высокой производительностью, большой разрядностью обрабатываемых данных и значительным объемом прямоадресуемой памяти, во многих практических случаях нецелесообразно. Для сравнительно несложной с точки зрения управления бытовой техники предпочтительны компактные малогабаритные микроконтроллеры с системой команд, ориентированной на задачи управления техническими объектами.

Современный уровень развития микроэлектроники позволил создать БИС, на кристалле которого размещены не только АЛУ, УУ и РОН, как в однокристальных МП, но и ОЗУ, ПЗУ, порты ввода-вывода и даже таймер. По общей архитектуре такие БИС больше напоминают законченную ЭВМ. Однако незначительная емкость памяти, расположенная на кристалле, упрощенная и ориентированная на выдачу управления система команд предопределяет использование их как контроллеров для автоматизации различного технологического оборудования. Поэтому будем называть их однокристальными микропроцессорными контроллерами (ОМК) в отличие от МК, реализованных на однокристальных МП.

Применение ОМК позволяет существенно уменьшить число БИС, используемых в технологических контроллерах, повысить надежность, снизить их стоимость и энергопотребление. Эти качества ОМК позволяют проектировать малогабаритные ОМК, легко встраиваемые объекты бытовой техники, имеющие небольшие размеры (холодильники, утюги, магнитофоны, телевизоры и др.).

Основные архитектуры процессоров ОМК

В современных ОМК применяются следующие архитектуры процессоров :

RISC — (Reduced Instruction Set Computer) архитектура с сокращенным набором команд.

CISC — (Complex Instruction Set Computer) традиционная архитектура с расширенным набором команд.

ARM — (Advanced RISC — machine) усовершенствованная RISC архитектура.

Главная задача RISC-архитектуры - обеспечение наивысшей производительности процессора. Её отличительными чертами является:

малое число команд процессора (несколько десятков);

каждая команда выполняется за минимальное время (1-2 машинных цикла, такта).

максимально возможное число регистров общего назначения процессора (несколько тысяч);

увеличенная разрядность процессора (12, 14, 16 бит).

Современная RISC-архитектура включает, как правило, только последние 3 пункта, так как за счет повышенной плотности компоновки БИС стало возможным реализовать большое количество команд.

В современных 32-разрядных ОМК используют ARM архитектуру (расширенная RISC архитектура с суперсокращением команд ТНUМВ).

3. Загальна характеристика і класифікація мікропроцесорів

В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются при обработке звука и изображения. В зависимости от области применения микропроцессора меняются требования к нему. Это накладывает отпечаток на внутреннюю структуру микропроцессора. По области применения определилось три направления развития микропроцессоров:

микроконтроллеры

универсальные микропроцессоры

сигнальные микропроцессоры

По внутренней структуре существует два основных принципа построения микропроцессоров:

Гарвардская архитектура

Архитектура Фон-Неймана

По системе команд микропроцессоры отличаются огромным разнообразием, зависящим от фирмы-производителя. Тем не менее можно определить две крайние политики построения микропроцессоров:

Аккумуляторные микропроцессоры

Микропроцессоры с регистрами общего назначения

В микропроцессорах с регистрами общего назначения математические операции могут выполняться над любой ячейкой памяти. В зависимости от типа операции команда может быть одноадресной, двухадресной или трёхадресной.

Принципиальным отличием аккумуляторных процессоров является то, что математические операции могут производиться только над одной особой ячейкой памяти - аккумулятором. Для того, чтобы произвести операцию над произвольной ячейкой памяти её содержимое необходимо скопировать в аккумулятор, произвести требуемую операцию, а затем скопировать полученный результат в произвольную ячейку памяти.

В настоящее время в чистом виде не существует ни та ни другая система команд. Все выпускаемые в настоящее время процессоры обладают системой команд с признаками как аккумуляторных процессоров, так и микропроцессоров с регистрами общего назначения.