CISC обычно использует архитектуру фон-Неймана.
Ответы к зачету по дисциплине «Микроконтроллеры»
Отличительные особенности RISC-архитектуры процессоров.
RISC (restricted (reduced) instruction set computer — компьютер с сокращённым набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — меньшим. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками).
Характерные особенности RISC-процессоров:
● Одинакова длина команд.
● Единый формат команд. Или, по крайней мере, использование не более двух-трех форматов.
● Операндами всех арифметических и логических команд могут быть только регистры.
● Команды выполняют только простые действия.
● Выполнение любой команды производится не дольше, чем за один такт.
● Большой регистровый файл (32 или большее число регистров по сравнению с 8-16 регистрами в CISC).
● Только простая адресация.
Отличительные особенности CISC-архитектуры процессоров.
CISC (Complex 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.
|
|
|
Для CISC-процессоров характерно:
● сравнительно небольшое число регистров общего назначения (16 регистров у классических CISC-архитектур);
● большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;большое количество методов адресации;
● большое количество форматов команд различной разрядности;
● преобладание двухадресного формата команд;
● наличие команд обработки типа регистр-память.
Сложность архитектуры и системы команд x86 остается и является главным фактором, ограничивающим производительность процессоров на ее основе.
Классификация микроконтроллеров: общего применения, сигнальные процессоры, интегральные системы сбора данных.
Из основных «классообразующих» признаков можно выделить следующие.
1. Классификация МКпо разрядности шины данных ЦПУ:
● 4-битные (Atmel MARC4, Winbond W742, NEC uPD75 и др.);
● 8-битные (Intel MCS-48, Intel MCS-51, Atmel ATtiny/ATmega/ATXmega, Microchip PIC12/16/18, Zilog Z86 и др.);
● 16-битные (Intel MCS-96, Texas Instruments MSP430, Motorola 68HC16, Fujitsu MB90, Infineon C16, Mitsubishi M16C, Microchip PIC24 и др.);
|
|
|
● 32-битные (Atmel ARM, Fujitsu MB91, NEC V850, NXP LPC2xxx и др.).
2. Классификация МКпо архитектуре вычислительной системы:
● CISC (Complex Instruction Set Computing);
● RISC (Reduced Instruction Set Computing).
Микроконтроллеры разделяются на:
1. МК общего применения (8,16,32 разряда; 0-10 МГц (до 30-50 МГц))
2. Сигнальные процессоры (16,32 разряда; 0-100 МГц)
3. Интегральные ССОД (+усилители, АЦП, ЦАП) (16,24 разряда)
Сигнальные процессоры - специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов (обычно в реальном масштабе времени).
Области применения:
➢ Коммуникационное оборудование:
➢ Уплотнение каналов передачи данных;
➢ Кодирование аудио- и видеопотоков;
➢ Системы гидро- и радиолокации;
➢ Распознавание речи и изображений;
➢ Речевые и музыкальные синтезаторы;
➢ Анализаторы спектра;
➢ Управление технологическими процессами;
➢ Другие области, где необходима быстродействующая обработка сигналов, в том числе в реальном времени.
Система сбора данных (ССД) - это набор аппаратных средств, осуществляющий выборку, преобразование, хранение и первоначальную обработку различных входных аналоговых сигналов. Система сбора данных является основным элементом многоканальных средств измерений, определяющим его технические характеристики.
|
|
|
В состав ССД могут входить фильтры нижних частот (ФНЧ), нормирующие усилители (НУ), аналоговый мультиплексор (MUX), устройство выборки и хранения (УВХ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микроконтроллер (МК). Некоторые типы ССД содержат программируемый усилитель после мультиплексора, что позволяет перестраивать диапазон измерений.
Типовая система сбора данных является мультиплексной и содержит в себе следующие узлы: датчики, аналоговый коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, контроллер сбора данных, модуль интерфейса. Также ССД часто оснащаются цифровыми линиями ввода-вывода и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).
Архитектуры памяти: гарвардская и фон-Неймана. Особенности и сочетание с архитектурой процессорного ядра (RISC, CISC). Архитектура памяти МК ATtiny2313: регистры общего назначения, область ввода/вывода, ОЗУ, память программ.
В архитектуре фон-Неймана применяется однородная память микропроцессора. В эту память могут записываться различные программы. При этом специальная программа-загрузчик работает с ними как с данными. Затем управление может быть передано этим программам и они уже начинают выполнять свой алгоритм. При подобном подходе к управлению микропроцессором удается достигнуть максимальной гибкости микропроцессорной системы.
|
|
|
В качестве недостатка архитектуры фон-Неймана можно назвать возможность непреднамеренного нарушения работоспособности системы (программные ошибки) и преднамеренное уничтожение ее работы (вирусные атаки).
CISC обычно использует архитектуру фон-Неймана.
В Гарвардской архитектуре принципиально различаются два вида памяти микропроцессора:
● Память программ (для хранения инструкций микропроцессора)
● Память данных (для временного хранения и обработки переменных)
В гарвардской архитектуре принципиально невозможно осуществить операцию записи в память программ, что исключает возможность случайного разрушения управляющей программы в случае ошибки программы при работе с данными или атаки третьих лиц. Кроме того, для работы с памятью программ и с памятью данных организуются отдельные шины обмена данными (системные шины), как это показано на рисунке 1.
Эти особенности определили области применения гарвардской архитектуры. Гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах и в сигнальных процессорах, где требуется обеспечить высокую надёжность работы аппаратуры.
В Гарвардской архитектуре характеристики устройств памяти программ и памяти данных не всегда выполняются одинаковыми. В памяти данных и команд могут различаться разрядность шины данных и распределение адресов памяти. Часто адресные пространства памяти программ и памяти данных выполняют различными. Это приводит к различию разрядности шины адреса для этих видов памяти. В микроконтроллерах память программ обычно реализуется в виде постоянного запоминающего устройства, а память данных — в виде ОЗУ. В сигнальных процессорах память программ вынуждены выполнять в виде ОЗУ. Это связано с более высоким быстродействием оперативного запоминающего устройства, однако при этом в процессе работы осуществляется защита от записи в эту область памяти.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 427; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!