ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2024
Просмотров: 7
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1. По числу БИС:
- Однокристальные. Весь микропроцессор размещен на одном кристалле в одной микросхеме (chip).
- Многокристальные (multi-chip). В этом случае различные блоки МП размещены на разных кристаллах. Тем самым можно повысить выход годных изделий, повышается тестируемость и ремонтопригодность МП.
2. По назначению:
- Универсальные микропроцессоры могут быть применены для решения широкого круга разнообразных задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач. Специализация МП, т.е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.
- Среди, специализированных микропроцессоров, можно выделить различные микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений и т. д. С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной
Например, конволюция позволяет осуществить более сложную математическую обработку сигналов, чем широко используемые методы корреляции. Последние в основном сводятся к сравнению всего двух серий данных: входных, передаваемых формой сигнала, и фиксированных опорных и к определению их подобия. Конволюция дает возможность в реальном масштабе времени находить соответствие для сигналов изменяющейся формы путем сравнения их с различными эталонными сигналами, что, например, может позволить эффективно выделить полезный сигнал на фоне шума.
3. По виду обрабатываемых сигналов:
- Цифровые – т.е. работающие с числовыми данными.
- Аналоговые – предназначены для обработки аналоговых сигналов и имеющие в качестве входных и выходных данных аналоговые сигналы. По сути, все современные аналоговые МП являются цифровыми сигнальными МП, имеющими на входе встроенные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), а на выходе – встроенные цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).
4. По количеству выполняемых программ:
- Однопрограммные (однозадачные) – предназначены для выполнения только одной задачи. Таковыми являются все микроконтроллеры и часть специализированных МП. Их можно разделить еще на две группы:
- Не загружаемые МП, единственная программа которых записана в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) МП. Так делается, например в микроконтроллерах.
- Загружаемые МП, у которых основная программа может загружаться из внешних устройств через интерфейсы . Таким внешним устройством может быть и дисковод, и другой МП , и специальное ПЗУ .
- Много- или мультипрограммные микропроцессоры одновременно выполняют несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации. Здесь тоже есть две разновидности МП:
По типу параллелизма операндов:
- Скалярные МП, где операнды инструкций являются скалярами, т.е. один операнд – это одно число.
- Векторные МП, где операндом является вектор, т.е. набор чисел. Это, как правило, математические МП предназначенные для векторных или матричных операций.
- МП с набором инструкций типа SIMD (Single Instruction Multiple Data: одна инструкция – много данных). Конечно, можно было бы считать их векторными МП, но в инструкциях типа SIMD операнды представляют собой наборы чисел жестко фиксированного размера, которые размещаются в специальных регистрах, а в векторных МП, размер векторных операндов может быть различным.
Примечание. В настоящее время, практически все фирмы-изготовители универсальных МП, имеют в своих изделиях SIMD технологии, это: MMX (Intel), AltiVec (PowerPC), MDMX (MIPS), Max-2 (HP), VIS (SPARC), MVI (Alpha) и др. Причем, часто такие технологии называют SWAR (SIMD Within A Register – SIMD внутри регистра).
Их присутствие обусловлено реализацией таких приложений, как:
- Упаковка/распаковка звука, видео и изображений
- Протоколы передачи данных
- Шифрование
- Построение реалистических изображений в реальном времени
- Распознавание речи и образов
- Нейронные сети
По типу параллелизма работы МП:
- Суперскалярные МП – рассматривают последовательный код программы, ищут инструкции, которые можно выполнить параллельно и выполняют их в параллельно работающих функциональных устройствах.
- Мультискаляные МП – получают от компилятора программу уже разбитую на множество связанных друг с другом задач, которые МП исполняет на параллельных процессорных устройствах, соблюдая зависимости между задачами.
- VLIW МП – являются неким промежуточным звеном между суперскаляными и мультискалярными МП (но ближе к первым). Командное слово типа VLIW формируется компилятором и содержит не одну, а несколько инструкций, которые могут (и должны) выполняться одновременно.
5. По характеру временной организации работы:
- Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения операций задаются устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).
- Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом роль естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.
6. По объему набора инструкций:
- CISC – Complete Instruction Set Computer – процессоры с полным набором инструкций . С одной стороны широкие возможности программирования, но с другой стороны, система команд не простая, что усложняет обработку инструкций и препятствует увеличению частоты МП.
- RISC - Reduced Instruction Set Computer – процессоры с сокращенным набором инструкций. Простая система коротких инструкций позволяет быстро декодировать и выполнять их за минимальное время (в пределе за 1 такт).
КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
-
По назначению различают универсальные, сигнальные, медийные и специализированные микропроцессоры.
Универсальные микропроцессоры предназначаются для применения в вычислительных системах: персональных компьютерах, рабочих станциях, в параллельных суперкомпьютерах.
Цифровые сигнальные микропроцессоры рассчитаны на обработку на обработку в реальном времени цифровых потоков, образованных путем оцифровывания аналоговых сигналов. Современные сигнальные микро- процессоры способны проводить вычисления с плавающей точкой над 32-40- разрядными операндами.
Универсальные микропроцессоры с классической CISC-архитектурой (Complicated Instruction Set Computer— компьютер со сложным набором команд) применяются, главным образом, в персональных компьютерах и серверах. Лидером в этой области является фирма Intel, микропроцессорами которой комплектуется более 80% выпускаемых персональных компьютеров. Микропроцессоры семейства М68000 фирмы Motorola используются в персональных компьютерах типа Macintosh, составляющих около 10% мирового производства. Микропроцессоры этого семейства широко применяются также в устройствах управления, встраиваемых в различные приборы и системы: контрольно-измерительную и связную аппаратуру, лазерные принтеры и контроллеры дисководов, роботы и системы промышленной автоматики.
Универсальные микропроцессоры с RISC-архитектурой (Reduced Instruction Set Computer— компьютер с сокращенным набором команд) применяются, в основном, в рабочих станциях и мощных серверах. В этой области имеются несколько ведущих производителей. Широкое применение находят RISC-микропроцессоры семейств SPARC фирмы Sun Microsystems и Rx000 фирмы MIPS Computer Systems. За последние годы очень активно внедряются в различную аппаратуру RISC-микропроцессоры семейства PowerPC - совместная разработка фирм IBM, Motorola и Apple Computers. Среди фирм, выпускающих RISC-микропроцессоры, находятся также Intel, Hewlett-Packard, Digital Equipment. Необходимо также отметить транспьютеры — оригинальные RISC-микропроцессоры, разработанные фирмой Inmos для построения мультипроцессорных систем.
Медийные микропроцессоры представляют собой законченные системы для обработки аудио- и видеоинформации.
Специализированные микропроцессоры предназначаются для решения определенного класса задач или одной конкретной задачи. Среди специализированных микропроцессоров можно выделить микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций, математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения, МП для обработки данных в различных областях применений. С помощью специализированных МП можно эффективно решать сложные задачи параллельной обработки данных.
-
По составу команд различают RISC- и CISC- процессоры.
Анализ кода программ, генерируемого компиляторами языков высокого уровня, показал, что практически используется только ограниченный набор простых команд форматов «регистр↔регистр, регистр↔память». Компиляторы не в состоянии эффективно использовать сложные команды. Это способствовало формированию концепции процессоров с сокращенным набором команд(RISC-процессоров). RISC- процессоры эффективны в тех областях применения, в которых можно продуктивно использовать структурные способы уменьшения времени доступа к оперативной памяти. Если программа генерирует произвольные последовательности адресов обращения к памяти и каждая единица данных используется только для выполнения одной команды, то фактически производительность процессора определяется временем обращения к основной памяти. В этом случае использование сокращенного набора команд только ухудшает эффективность, так как требует пересылки операндов между памятью и регистром вместо выполнения команд «память, память- память».
Процессоры с традиционными наборами команд называют CISC- процессорами с полными наборами команд. Как правило, в этих процессорах команды имеют много разных форматов и требуют для своего представления различного числа ячеек памяти. Это обуславливает определение типа команды в ходе ее дешифрации при исполнении, что усложняет устройство управления процессора и препятствует повышению тактовой частоты до уровня, достижимого в RISC-процессорах на той же элементной базе.
В классе специализированных микропроцессоровв настоящее время наиболее широко представлены DSP (Digital Signal Processor — процессор для цифровой обработки сигналов), основными производителями которых являются фирмы Texas Instruments, Analog Devices, Motorola, NEC. Кроме DSP выпускаются также микропроцессоры, специализированные для передачи информации в системах телекоммуникации — коммуникационные контроллеры, для обработки графической информации и ряда других применений. Одним из ведущих производителей этой продукции является фирма Motorola.
3,По числу БИС в микропроцессорном комплекте различают МП однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.
Однокристальные МП получаются при реализации всех аппаратурных средств процессора в виде одной БИС или СБИС. Но возможности однокристальных МП ограничены аппаратурными ресурсами кристалла и корпуса.
