Основные классы микропроцессоров

По функциональному признаку выделяют д в а класса микропроцессоров:

  • универсальные микропроцессоры, или микропроцессоры общего назначения;
  • специализированные микропроцессоры, среди которых наиболее широкое распространение получили микроконтроллеры и цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processor – DSP). Микропроцессоры общего назначения. Этот класс процессоров предназначен для решения широкого круга задач обработки разнообразной информации и находит применение в персональных компьютерах, рабочих станциях, серверах и других цифровых системах массового применения. Обычно это 32-разрядные микропроцессоры (хотя некоторые микропроцессоры данного класса имеют 64-разрядную или 128-разрядную структуру), которые изготавливаются по самой современной промышленной технологии, обеспечивающей максимальную частоту функционирования.

Некоторые типы микропроцессоров этого класса относят к CISC- процессорам, поскольку используют набор разноформатных команд с различными способами адресации. В их внутренней структуре может содержаться RISC-ядро, выполняющее преобразование поступивших команд в последовательность простых RISC-операций. Другие типы микропроцессоров этого класса непосредственно реализуют RISC-архитектуру. В ряде последних разработок (Itanium РА8500) успешно используются принципы VLIW-архитектуры.

Практически все современные универсальные микропроцессоры, как отмечалось выше, используют гарвардскую архитектуру с разделением потоков команд и данных при помощи отдельных блоков кэшпамяти. В большинстве случаев они имеют суперскалярную структуру с несколькими исполнительными конвейерами (до 10 в современных моделях), каждый из которых содержит до 20 ступеней.

Микроконтроллеры. Этот класс специализированных микропроцессоров ориентирован на реализацию устройств управления, встраиваемых в разнообразную (в том числе и в бытовую) аппаратуру, и рассмотрен автором в другой работе 112]. Номенклатура выпускаемых микроконтроллеров исчисляется несколькими тысячами типов, а общий годовой объем их выпуска составляет миллиарды экземпляров.

Особенностью микроконтроллеров является размещение на одном кристалле, помимо центрального процессора, внутренней памяти и большого набора периферийных устройств. В состав периферийных устройств обычно входят от одного до восьми 8-разрядных параллельных портов ввода-вывода данных, один или два последовательных порта, таймерный блок, аналого-цифровой преобразователь, а также такие специализированные устройства, как блок формирования сигналов с широтно-импульсной модуляцией, контроллер жидкокристаллического дисплея и ряд других. Благодаря использованию внутренней памяти и периферийных устройств реализуемые на базе микроконтроллеров системы управления содержат минимальное количество дополнительных компонентов.

Для удовлетворения запросов потребителей выпускается большая номенклатура микроконтроллеров, которые принято подразделять на 8-, 16- и 32-разрядные. Основными областями их применения являются промышленная автоматика, автомобильная электроника, измерительная техника, теле-, видео- и аудиотехника, средства связи, бытовая аппаратура. Для микроконтроллеров характерна гарвардская архитектура, что подразумевает наличие

  • • отдельной внутренней памяти для хранения программ, в качестве которой используются однократно программируемое ПЗУ (PROM) или электрически репрограммируемое ПЗУ (EPROM, EEPROM или Flash);
  • • отдельной внутренней памяти для хранения данных, в качестве которой используется регистровый блок, организованный в виде нескольких регистровых банков, или ОЗУ.

В случае необходимости имеется возможность дополнительно подключать внешнюю память команд и данных объемов.

Для повышения производительности во многих моделях микроконтроллеров реализованы принципы RISC-архитектуры, обеспечивающие выполнение большинства команд за один такт машинного времени.

Цифровые сигнальные процессоры. Этот класс специализированных микропроцессоров предназначен для цифровой обработки поступающих аналоговых сигналов в реальном времени и подробно рассмотрен в упомянутой выше работе [12]. Архитектура цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) ориентирована на быстрое выполнение последовательности операций умножения-сложения с накоплением промежуточного результата в регистре-аккумуляторе, что обусловлено особенностью алгоритмов обработки аналоговых сигналов. Поэтому набор команд этих процессоров содержит специальные команды MAC (Multiplication with Accumulation – умножение с накоплением), реализующие эти операции.

Значение оцифрованного аналогового сигнала может быть представлено в виде числа с фиксированной или с плавающей точкой. В соответствии с этим ЦСП делятся на два класса:

  • • процессоры, обрабатывающие числа с фиксированной точкой. К этому классу относятся более простые и дешевые ЦСП – их обычно обрабатывают 16- или 24-разрядные операнды, представленные в виде правильной дроби. Однако ограниченная разрядность в ряде случаев не позволяет обеспечить необходимую точность результатов;
  • • процессоры, обрабатывающие числа с плавающей точкой. Процессоры этого класса проводят вычисления над 32- и 40-разрядными операндами и обеспечивают более высокую точность результатов. Для повышения производительности при выполнении специфических операций обработки сигналов в большинстве ЦСП реализуется гарвардская архитектура с использованием отдельных шин для передачи адресов, команд и данных. В ряде ЦСП нашли применение также некоторые черты VLIW-архитектуры, для которой характерно совмещение в одной команде нескольких операций. Такое совмещение обеспечивает обработку имеющихся данных и одновременную загрузку в исполнительный конвейер новых данных для последующей обработки.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >