А)Структура процессорного ядра МК и основные характеристики, определяющие производительность процессорного ядра

Вопросы

К 3 ступени Государственного экзамена

по дисциплине «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»

для специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Процессорное ядро микроконтроллера.

А) Структура процессорного ядра МК и Основные характеристики, определяющие

Производительность процессорного ядра.

Б) Организация процессов выборки и исполнения команд: Фон- Неймановская и

Гарвардская архитектуры.

В) Изображение схемы структур МПС с Фон- Неймановской и Гарвардской

архитектурой.

1. Основные этапы разработки микропроцессорной системы на основе микроконтроллера.

А) Основные этапы разработки микроконтроллера.

Б) основные характеристики при выборе типа МК.

1. Основные факторы, влияющие на быстродействие процессора. Регистры процессора.

А) Регистры процессора.

Б) Сегменты команд, данных и стека в памяти.

В) Факторы, влияющие на быстродействие процессора.

Преподаватель _____________ Набиева Н.А.

ОТВЕТЫ

По дисциплине «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»

Специальность 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

1. Процессорное ядро микроконтроллера. Основные характеристики, определяющие производительность процессорного ядра. Процессоры с CISC и RISC архитектурой.

Процессорное ядро микроконтроллера

А)Структура процессорного ядра МК и основные характеристики, определяющие производительность процессорного ядра.

Основными характеристиками, определяющими производительность процессорного ядра МК, являются:

-набор регистров для хранения промежуточных данных;

-система команд процессора;

-способы адресации операндов в пространстве памяти;

-организация процессов выборки и исполнения команды.

С точки зрения системы команд и способов адресации операндов процессорное ядро современных 8-разрядных МК реализует один из двух принципов построения процессоров:

-процессоры с CISC-архитектурой, реализующие так называемую полную систему команд (Complicated Instruction Set Computer);

-процессоры с RISC-архитектурой, реализующие сокращенную систему команд (Reduced Instruction Set Computer).

С точки зрения организации процессов выборки и исполнения команды в современных 8-разрядных МК применяется одна из двух уже упоминавшихся архитектур МПС: фон-неймановская (принстонская) или гарвардская.

Основной особенностью фон-неймановской архитектуры является использование общей памяти для хранения программ и данных, как показано на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Структура МПС с фон-неймановской архитектурой.

Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана – упрощение устройства МПС, так как реализуется обращение только к одной общей памяти. Кроме того, использование единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы между областями программ и данных, что существенно повышало гибкость МПС с точки зрения разработчика программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно поэтому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компьютеров, включая персональные компьютеры.

Основной особенностью гарвардской архитектуры является использование раздельных адресных пространств для хранения команд и данных, как показано на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Структура МПС с гарвардской архитектурой.

Гарвардская архитектура почти не использовалась до конца 70-х годов, пока производители МК не поняли, что она дает определенные преимущества разработчикам автономных систем управления.

Дело в том, что, судя по опыту использования МПС для управления различными объектами, для реализации большинства алгоритмов управления такие преимущества фон-неймановской архитектуры как гибкость и универсальность не имеют большого значения. Анализ реальных программ управления показал, что необходимый объем памяти данных МК, используемый для хранения промежуточных результатов, как правило, на порядок меньше требуемого объема памяти программ. В этих условиях использование единого адресного пространства приводило к увеличению формата команд за счет увеличения числа разрядов для адресации операндов. Применение отдельной небольшой по объему памяти данных способствовало сокращению длины команд и ускорению поиска информации в памяти данных.

Кроме того, гарвардская архитектура обеспечивает потенциально более высокую скорость выполнения программы по сравнению с фон-неймановской за счет возможности реализации параллельных операций. Выборка следующей команды может происходить одновременно с выполнением предыдущей, и нет необходимости останавливать процессор на время выборки команды. Этот метод реализации операций позволяет обеспечивать выполнение различных команд за одинаковое число тактов, что дает возможность более просто определить время выполнения циклов и критичных участков программы.

Большинство производителей современных 8-разрядных МК используют гарвардскую архитектуру. Однако гарвардская архитектура является недостаточно гибкой для реализации некоторых программных процедур. Поэтому сравнение МК, выполненных по разным архитектурам, следует проводить применительно к конкретному приложению.