О. Т. Шанаев микропроцессорлық ЖҮйелер
Микроконтроллердің процессорлық өзегі
жүктеу/скачать 0.8 Mb.
|
| 3.2.1. Микроконтроллердің процессорлық өзегі
3.2.1.1 Микроконтроллердің процессорлық өзегінің құрылымы Микроконтроллердің процессорлық өзегінің жұмыс мүмкіндігін суреттеуші негізгі сипаттамалары: аралық деректерді сақтаушы регистрлер жинамы; процессордың командалар жүйесі; жады кеңістігіндегі операндтарға сілтеу тәсілдері; команда таңдалымы мен оның орындалуының ұйымдастырылуы. Командалар жүйесі мен операндтарға сілтеу тәсілдеріне байланысты қазіргі заманғы 8-разрядты микроконтроллерлердің процессорлық өзегі екітүрлі принциптің біреуімен құрылады: командалардың толық жүйесін жүзеге асырушы, CISC-архитектуралы процессорлар (Complicated Instruction Set Computer); командалардың қысқартылған жүйесін жүзеге асырушы, RISC-архитектуралы процессорлар (Reduced Instruction Set Computer). CISC-процессорларда командалардың сілтеу мүмкіншілігі ұлғайтылған үлкен жинамы орындалады да, бұл жүйе құрушының қажетті операция орындауға аса ыңғайлы команданы таңдауына мүмкіндік береді. CISC-архитектуралы 8-разрядты микроконтроллерлердегі командалар бірбайтты, екібайтты және үшбайтты болуы мүмкін. Орындалатын команданың таңдалуы байт бойынша микроконтроллердің бірнеше жұмыс циклінде жүзеге асырылады. Команданың орындалу уақыты 1...12 цикл құрады. CISC-архитектуралы микроконтроллерлерге Intel фирмасының MCS-51 өзекті микроконтроллері, Motorola фирмасының НС05, НС08 және НС11 жинамдары және т.б. жатады. RISC-архитектуралы процессорлардағы командалар саны өте аз мөлшерге дейін қысқартылған. Оларда күрделірек операциялардың орындалуын оның командаларының қиыстырмасы арқылы жүзеге асыруға тура келеді. RISC-архитектуралы процессорлардың командаларының барлығының да ұзындығы бірдей (мысалы, 12, 14 немесе 16 бит) болады, олардың жадыдан таңдалуы мен орындалуы сәйкестіру сигналының бір тактісінде жүзеге асырылады. RISC-процессордың командалар жүйесі процессордың барлық регистрін тең хақты пайдалана алады. Бұл кейбір операциялардың орындалуына қосымша икемділік береді. RISC-процессорлы микроконтроллерлерге Atmel фирмасының AVR микроконтроллері, Microchip фирмасының PIC16 және PIC17 микроконтроллерлері және т.б. жатады. Бастапқы көз салымда, RISC-процессорлы микроконтроллерлердің жұмыс өнімділігі (ішкі магистралінің тактілік жиілігі бірдей жағдайда) CISC-архитектуралы микроконтроллерлермен салыстырғанда жоғары болатын сияқты. Бірақ, іс жүзінде бұл мәселе оңай шешіле қоймайды. Біріншіден, микроконтроллердің өнімділігін әртүрлі командалар жүйесіндегі (RISC және CISC) командалардың орындалу уақытымен бағалау онша дұрыс емес. Әдетте, микропроцессор мен микроконтроллердің өнімділігі бір секундта орындалатын “регистр-регистр” жіберілім операцияларының санымен бағаланады. CISC-процессорлы микроконтроллердегі “регистр-регистр” операциясының орындалу уақыты – 1...3 цикл, бұл жағынан ол RISC-процессорлы микроконтроллерден кем түсетін сияқты. Бірақ, RISC-процессорында команданың қол астына түсетін регистрлер шектелген. Мысалы, PIC16 микроконтроллерінің командалар жүйесінде операция нәтижесінің оған қатысты екі регистрдің біреуіне ғана – операнд көзі ретіндегі регистрге (f) немесе жұмыс регистріне (W) – жіберілуі ескерілген. Сонымен, операция бір регистр дерегін екінші регистрге (операнд көзі де емес, жұмыс регистрі де емес) жіберу үшін екі команда пайдалану қажет болады. Бұндай қажеттілік, мысалы, процессордың жалпы қызмет регистрлерінің біреуінің мәнін микроконтроллердің енгізу/шығару порттарының біреуіне жіберілу кезінде туады, ал CISC-процессорының командалар жүйесінде бұндай қызметті тікелей атқаратын командалар бар. Демек, күрделірек командалар жүйесі кейде операцияның тиімді орындалуына мүмкіндік береді. Екіншіден, микроконтроллердің өнімділігін “регистр-регистр” жіберілімінің жылдамдығы арқылы бағалау нақтылы жүзеге асырылатын басқару алгоритмінің ерекшеліктерін ескермейді. Мысалы, тезәрекетті басқару жүйелерін құру барысында негізгі көңілді әртүрлі таратылым теңдеулерін жүзеге асыру кезінде жүргізілетін көбейту және бөлу операцияларына аудару керек. Ал тұрмыс техникасын қашықтан басқару құрылғысын құру барысында түймежинамды тексеру және тізбекті басқарылым кодының жіберілімін тудыру кезінде логикалық операциялардың орындалу уақытын бағалау керек болады. Сондықтан, тезәрекеттіліктің қажетті жағдайында, басқару алгоритмінде пайдаланылған нақтылы операциялардың өнімділігін бағалау керек. Үшіншіден, микроконтроллердің жұмыс жиілігінің оған қосылған тактілік генератордың жиілігімен қатынасы әр микроконтроллерде әртүрлі болады. Сондықтан, бұны әртүрлі микроконтроллерлердің жұмыс жылдамдығын салыстыру үшін жүргізілген есептемелерде ескеру керек. Командалардың таңдалу және орындалу барысының ұйымдастырылу тұрғысынан қазіргі заманғы 8-разрядты микроконтроллерлерде, бүрын айтылған, фон-Нейман немесе Гарвард архитектураларының біреуі қолданылады. Бағдарлама мен дерек Фон-Нейман архитектурасында оларға ортақ жадыда сақталады (3.2-сурет), ал Гарвард архитектурасында олар өздеріне арналған жеке жады модулдерінде сақталады (3.3-сурет). 3.2 Сурет 3.3 Сурет жүктеу/скачать 0.8 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|