2.9. Risc-микропроцессоры и risc-микроконтроллеры семейств powerpc (мрс60х, мрс50х)

.

RISC-архитектура достаточно широко используется в различных изделиях, выпуска­емых компанией «Motorola». Поэтому целесообразно определить ее основные особенно­сти. Первые RISC-микропроцессоры, разработанные в Стенфордском и Калифорнийс­ком университетах США в начале 1980-х гг., выполняли относительно небольшой набор команд -50-100 вместо 100-200, выполняемых обычными -CISC- (complex instruction set computer-компьютер со сложным набором команд) процессорами. Именно эта осо­бенность и определила название данного класса микропроцессоров - RISC (reduced instruction set computer-компьютер с сокращенным набором команд). Однако в последу­ющих разработках RISC-микропроцессоров набор команд значительно расширен, вклю­чая команды обработки чисел с плавающей точкой.

В настоящее время определились следующие характерные особенности RISC-микро­процессоров:

• расширенный объем регистровой памяти: от 32 до нескольких сотен регистров общего назначения, входящих в состав микропроцессора;

• использование в командах обработки данных только регистровой адресации (обраще­ние к памяти используется в командах загрузки и сохранения содержимого регистров, а также в командах управления программой);

• отказ от аппаратной реализации сложных способов адресации (с пост инкрементом или предекрементном, косвенная адресация и др.);

• фиксированный формат команд (обычно четыре байта) вместо переменного формата (от 1 до 12 и более байт), характерного для CISC-микропроцессоров;

• исключение из набора команд, реализующих редко используемые операции, а также команд, не вписывающихся в принятый формат.

Преимущественное использование регистровой адресации значительно повышает про­изводительность микропроцессоров. Фиксированный формат команд, отказ от сложных и редко используемых команд и способов адресации существенно упрощает устройство уп­равления, сокращает объем микропрограммной памяти, что позволяет уменьшить размер кристалла RISC-процессоров, снизить их стоимость и повысить тактовую частоту. Введе­ние фиксированного формата команд обеспечивает также более эффективную работу кон­вейера, уменьшает число тактов простоя и ожидания, что дает дополнительный рост про­изводительности.

Перечисленные достоинства RISC-микропроцессоров определили значительный ин­терес к этим изделиям. В настоящее время данный вид СБИС выпускают практически все ведущие производители микропроцессорной техники - «Motorola», «Intel», «Hewlett -Packard», IBM и другие, а также ряд компаний, специализирующихся в этой области: «Sun Microsystems», MIPS.

Компания «Motorola» более 10 лет назад начала выпуск RISC-микропроцессоров се­мейства М860, которые используются главным образом для управления сложнофункцио-нальными объектами -лазерными принтерами, дистанционными манипуляторами и др. В последние годы широкую популярность получили RISC-процессоры и RISC-контроллеры семейства PowerPC, созданные на базе разработок консорциума компаний «Motorola», IBM, «Apple Computers», а также разработанные компанией «Motorola» RISC-процессоры се­мейства ColdFire, которые в значительной степени интегрируют достоинства RISC-и CISC-архитектур. В данной главе описывается архитектура и особенности функционирования основных моделей микропроцессоров и микроконтроллеров семейств PowerPC и ColdFire.