4. Характеристики микропроцессоров

Архитектура МП ориентирована на достижение универсальности применения, высокой производительности и технологичности.

Универсальность (возможность разнообразного применения) МП определяется их широкими функциональными возможностями и обеспечивается:

• программным управлением, позволяющим производить программную настройку МП на выполнение определенных функций;

• гибкой системой команд и разнообразием способов адресации;

• магистрально-модульным принципом построения;

• специальными аппаратно-логическими средствами: регистровая память, виртуальная память, многоуровневая система прерываний, прямой доступ к памяти и т.п.

Относительно высокая производительность МП достигается использованием для их построения быстродействующих БИС и СБИС и специальных архитектурных решений, таких как регистровая память, кэш-память, конвейерная обработка, суперскалярная архитектура, предсказание переходов, механизм динамического выполнения команд и т.п.

Технологичность микропроцессорных средств обеспечивается модульным принципом конструирования, который предполагает реализацию этих средств в виде набора функционально законченных БИС, просто объединяемых в соответствующие вычислительные устройства, машины и системы.

Кроме перечисленных выше трех основных особенностей, исключительно широкое применение МП в различных цифровых устройствах и системах обеспечивается также:

• низкой стоимостью;

• небольшими размерами;

• малой мощностью потребления;

• высокой надежностью и большой устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям.

МП характеризуется очень большим числом параметров и качеств, поскольку он, с одной стороны функционально является сложным программно-управляемым цифровым процессором, т.е. устройством ЭВМ, а с другой - БИС, т.е. электронным прибором. Поэтому для МП важны такие качества и параметры, как:

• тип микроэлектронной технологии, проектные нормы и число слоев металлизации (проектные нормы определяют минимальные топологические размеры элементов, что, в свою очередь, определяет количество транзисторов, размещаемых на кристалле МП, и максимальную рабочую частоту МП);

• количество кристаллов, образующих МП;

• площадь кристалла и количество транзисторов на кристалле;

• тип корпуса;

• разрядность МП;

• быстродействие МП (рабочая частота; число одновременно декодируемых инструкций; число команд, запускаемых на выполнение за один такт; время выполнения команд);

• размер адресуемой памяти;

• наличие и размер кэш-памяти;

• наличие арифметического сопроцессора;

• число входящих в микропроцессорный набор дополнительных БИС и выполняемые ими функции;

• система команд (количество команд, выполняемые операции, способы адресации, наличие команд обработки бит, чисел с плавающей запятой, десятичной арифметики);

• форматы данных;

• типы и число уровней прерывания;

• возможность прямого доступа к памяти;

• пропускная способность интерфейса ввода-вывода (частота и разрядность системной шины);

• количество и уровни питающих напряжений;

• требования к синхронизации;

• параметры используемых сигналов;

• потребляемая мощность;

• помехоустойчивость;

• нагрузочная способность;

• надежность и т.д.