Характеристики микропроцессоров
Основными характеристиками микропроцессора являются:
тактовая частота
Тактовая частота — частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, то есть количество синхронизирующих тактов, поступающих извне на вход схемы за секунду. В самом первом приближении тактовая частота характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду.
2) разрядность
Разрядностью электронного устройства или шины называется количество разрядов (битов), одновременно обрабатываемых этим устройством или передаваемых этой шиной.
Разрядность микропроцессора обозначается m / n / k / и включает:
m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;
n - разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;
k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства.
Например, микропроцессор i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20;
архитектура
Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.
Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.
Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.
Архитектура микропроцессоров
В процессе многолетнего развития произошла дифференциация микропроцессоров по функционально-структурным особенностям и областям применения. В настоящее время имеются следующие основные классы микропроцессоров:
- Универсальные микропроцессоры с CISC - архитектурой;
- Универсальные микропроцессоры с RISC - архитектурой;
- Специализированные микропроцессоры (сигнальные и др.).
CISC (англ. сomplete instruction set computing, или англ. complete instruction set computer — компьютер с полным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
- нефиксированное значение длины команды;
- арифметические действия кодируются в одной команде;
- небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Недостатки CISC архитектуры:
- высокая стоимость аппаратной части;
- сложности с распараллеливанием вычислений.
Универсальные микропроцессоры с CISC применяются главным образом в персональных компьютерах и серверах. Лидером в этой области является фирма Intel, которой комплектуется более 80% выпускаемых персональных компьютеров. Микропроцессоры семейства M68000 фирмы Motorola используется в персональных компьютерах типа Macintosh, составляющих около 10% мирового производства. Микропроцессоры этого семейства широко используются в устройствах управления, встраиваются в различные приборы и системы.
RISC (англ. Restricted (reduced) instruction set computer — компьютер с упрощённым набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения команд, чтобы их декодирование было проще, а время выполнения — короче. Первые RISC-процессоры даже не имели команд умножения и деления. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание команд между несколькими исполнительными блоками).
Универсальные микропроцессоры с RISC – архитектурой применяются в основном в рабочих станциях и мощных серверах. В этой области имеются несколько ведущих производителей. Широкое применение находят RISC-микропроцессоры семейств SPARC фирмы Sun Microsystems и Rx000 фирмы MIPS Computer Systems. За последние годы очень активно внедряются в различную аппаратуру RISC-микропроцессоры семейства PowerPC – совместная разработка фирм IBM, Motorola, Apple Computers. Среди фирм, выпускающих RISC-микропроцессоры, находятся также Intel, Hewlett-Packard, Digital Equipment. Необходимо также отметить транспьютеры – оригинальные RISC-микропроцессоры, разработанные фирмой Inmos для построения мультипроцессорных систем.
В классе специализированных микропроцессоров в настоящее время наиболее широко представлены DSP (Digital Signal Processor – процессор цифровой обработки сигналов), основными производителями которых являются фирмы Texas Instruments, Analog Devices, Motorola, NEC.