Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебное пособие, страница 49

В большинстве случаев быстродействие RISC процессоров выше, чем CISC процессоров, однако  может оказаться, что длина команды RISC выше, чем у CISC процессора (что чаще всего и бывает). В результате общий объём исполняемой программы для RISC процессора превысит объём подобной программы для CISC процессора. Поэтому для большей общности, в дальнейшем будем рассматривать устройство процессора с полным набором команд.

По архитектуре микропроцессоры отличаются огромным разнообразием, зависящим от фирмы-производителя. Тем не менее, можно определить два направления  построения микропроцессоров:

§  Микропроцессоры с регистрами общего назначения;

§  Аккумуляторные микропроцессоры.

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 одним особым регистром - 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 архитектура. Все выпускаемые в настоящее время процессоры обладают системой команд с признаками, как аккумуляторных процессоров, так и микропроцессоров с регистрами общего назначения.

По способу работы с системной памятью существует два основных принципа построения микропроцессоров:

§  Гарвардская архитектура;

§  Архитектура Фон Неймана.

В Гарвардской архитектуре память принципиально разделена на две части:

§  память программ;

§  память данных.

В Гарвардской архитектуре  невозможно производить операцию записи в память программ, что исключает возможность  разрушения управляющей программы при неправильных действиях над данными. Кроме того, в ряде случаев для памяти программ и памяти данных выделяются отдельные шины обмена данными. Эти особенности определили области применения Гарвардской архитектуры микропроцессоров, а именно, в микроконтроллерах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где необходима высокая скорость выполнения программы, за счёт одновременного считывания управляющих команд и обрабатываемых данных.

В архитектуре Фон Неймана нет деления памяти. Здесь возможна работа над управляющими программами точно так же как над данными. Это позволяет производить запись в произвольное место памяти процессора. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных. Для того чтобы программа могла работать в произвольной области памяти, её необходимо модернизировать перед загрузкой, то есть работать с нею как с обычными данными. Эта особенность архитектуры позволяет наиболее гибко управлять работой микропроцессорной системы, но создаёт принципиальную возможность искажения управляющей программы, что понижает надёжность работы аппаратуры. Архитектура Фон Неймана используется в универсальных компьютерах и в некоторых видах микроконтроллеров.

7.6  Микропроцессорные системы

7.6.1 Обобщенная схема микропроцессорной системы

Обобщённая схема микропроцессорной системы (МПС) обычно имеет три шины: шину адреса (ША), шину данных (ШД) и шину управления (ШУ). Эта схема приведена на рис.7.12

                           

Рисунок 7.12 – Трёхшинная  организация МПС

Схема содержит процессор (МП), память программ (ПЗУ), память данных (ОЗУ) и устройства  ввода / вывода ( И - интерфейс).