Файл: Классификация, структура и основные характеристики современных микропроцессоров ПК.pdf

На рисунке 3 представлено функциональное распределение структуры процессора при формировании трехкристального микропроцессора (пунктирные линии), включающего БИС операционного (ОП), БИС управляющего (УП) и БИС интерфейсного (ИП) процессоров.

3 - Функциональная структура (а) и ее для в комплекта секционных БИС (б)

Операционный процессор предназначается для обработки информационных данных, управляющий процессор осуществляет функции выборки, декодирования и расчеты адресов операндов и, кроме того, генерирует очередности микрокоманд. Независимость деятельности и значительное быстродействие БИС УП дает возможность подбирать команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их осуществления БИС ОП. При этом в УП создастся очередность ещё не выполненных команд, а также предварительно подготавливаются те сведения, которые понадобятся ОП в последующих циклах работы. Подобная опережающая выборка команд экономит время ОП на ожидание операндов, требуемых для исполнения команд программ. Интерфейсный процессор дает возможность подсоединить память и периферийные ресурсы к микропроцессору; он, соответственно, считается сложным контроллером для приборов ввода/вывода информационных данных. БИС ИП осуществляет вдобавок и функции канала непосредственного доступа к памяти.

Выбираемые из памяти команды распознаются и исполняются каждой составляющей микропроцессора самостоятельно и, по этой причине, может быть гарантирован порядок синхронной деятельности абсолютно всех БИС МП, т.е. конвейерный поточный порядок выполнения очередности команд программы (осуществление очередности с небольшим временным сдвигом). Такого рода порядок работы существенно увеличивает эффективность микропроцессора^[5].

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, если в виде БИС реализуются части (секции) закономерной структуры процессора при функциональном разбиении её вертикальными плоскостями. Для построения многоразрядных микропроцессоров при синхронном включении секций БИС к ним прибавляются средства "стыковки".

Для формирования высокопроизводительных многоразрядных микропроцессоров необходимо большое количество аппаратных средств, которые не реализуются в доступных БИС. В этом случае возможно возникновение потребности ещё и в функциональном разбиении структуры микропроцессора горизонтальными плоскостями. Вследствие пересмотренного функционального распределения структуры микропроцессора на функционально и конструктивно завершенные части формируются требования для осуществления каждой из них в виде БИС. Все они формируют набор секционных БИС МП.

Таким образом, микропроцессорная секция это БИС, специализированная для обработки некоторых разрядов данных либо исполнения конкретных управляющих операций. Секционност БИС МП устанавливает возможность "наращивания" разрядности обрабатываемых сведений либо усложнения приборов управления микропроцессора при "параллельном" включении наибольшего числа БИС.

Однокристальные и трехкристальные БИС МП, как правило, изготовляют на базе микроэлектронных технологий униполярных полупроводниковых устройств, а многокристальные секционные БИС МП на базе технологии биполярных полупроводниковых устройств. Применение многокристальных микропроцессорных скоростных биполярных БИС, обладающих функциональной завершенностью при небольшой физической разрядности обрабатываемых сведений и монтируемых в корпус с большим количеством выводов, дает возможность осуществить расхождение связи в процессоре, а кроме того реализовать конвейерные основы обработки данных для увеличения его производительности.

2.3 Классификация микропроцессоров по назначению

Согласно назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры могут быть использованы для решения обширного круга различных задач. При этом их результативная эффективность достаточно слабо находится в зависимости от проблемной особенности решаемых задач. Квалификация МП, т.е. его проблемная направленность на форсированное осуществление конкретных функций дает возможность стремительно повысить эффективную производительность при решении только лишь конкретных задач.

Среди специализированных микропроцессоров можно отметить разнообразные микроконтроллеры, направленные на осуществление сложных последовательностей логических действий, математические МП, специализированные для увеличения производительности близ исполнении арифметических действий за счет, к примеру, матричных способов их исполнения, МП для обработки сведений в разных сферах применений и т. д. С поддержкой специализированных МП возможно результативно регулировать новейшие сложные задачи синхронной обработки сведений. К примеру, конволюция дает возможность реализовать наиболее сложную математическую обработку сигналов, чем обширно применяемые способы корреляции. Последние в основном сводятся к сопоставлению всего 2-ух серий данных: входных, передаваемых конфигурацией сигнала, и фиксированных опорных и к установлению их сходства. Конволюция предоставляет вероятность в реальном масштабе времени обнаруживать соотношение для сигналов изменяющейся формы посредством сопоставления их с разными эталонными сигналами, что, к примеру, может позволить результативно выделить полезный сигнал на фоне шума^[6].

Разработанные однокристальные конвольверы применяются в приборах опознавания образов в тех случаях, если возможности сбора сведений превышают возможности системы подвергать обработке эти данные.

2.4. Микропроцессоров по виду обрабатываемых

Согласно типу обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Микропроцессоры - это цифровые устройства, которые также могут обладать встроенными аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями. Входные аналоговые сигналы переходят в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и уже после обратного преобразования в аналоговую конфигурацию поступают на выход. С архитектурной точки зрения подобные микропроцессоры предполагают собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов и именуются аналоговыми микропроцессорами. Они осуществляют функции каждой аналоговой схемы (к примеру, создают генерацию колебаний, модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т.д., сменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденсаторов и т.д.). При этом использование аналогового микропроцессора существенно увеличивает достоверность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а кроме того расширяет функциональные возможности за счет программной "настройки" цифровой части микропроцессора на разнообразные алгоритмы обработки сигналов.

Обычно в составе однокристальных аналоговых МП существует ряд каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых сведений достигает 24 бит и более, огромное значение уделяется повышению быстроты выполнения арифметических действий.

Отличительный признак аналоговых микропроцессоров - умение перерабатывать значительный размер числовых данных, т. е. осуществление действий сложения и умножения с огромной скоростью при потребности даже за счет отказа от действий прерываний и переходов. Аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую форму, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на выход, как правило, в аналоговой форме посредством цифро-аналоговый преобразователя. При этом, в соответствии с теоремой Котельникова, колебание квантования аналогового сигнала должна быть в два раза выше верхней частоты сигнала^[7].

Сравнение цифровых микропроцессоров выполняется сопоставлением времени исполнения ими списков операций. Сопоставление же аналоговых микропроцессоров выполняется согласно числу эквивалентных звеньев аналого-цифровых фильтров рекурсивных фильтров 2-го порядка. Эффективность аналогового микропроцессора обусловливается его возможностью моментально осуществлять операции умножения: чем стремительнее выполняется умножение, тем больше эквивалентное число звеньев фильтра в аналоговом преобразователе и тем более сложный метод преобразования цифровых сигналов возможно задавать в микропроцессоре.

Одним из направлений последующего улучшения аналоговых микропроцессоров считается увеличение их универсальности и эластичности. По этой причине совместно с повышением скорости обработки значительного объема цифровых сведений станут совершенствоваться средства обеспечения развитых вычислительных процессов обработки цифровых данных за счет осуществления аппаратных блоков прерывания программ и программных переходов.

2.5 Микропроцессоров по характеру временной организации

Согласно характеру временной организации работы микропроцессоры разделяют на синхронные и асинхронные.

Синхронные микропроцессоры - микропроцессоры, в которых начало и конец выполнения действий задаются механизмом управления (время выполнения действий в данном случае не находится в зависимости от типа выполняемых установок и величин операндов).

Асинхронные микропроцессоры дают возможность начало выполнения любой последующей операции установить по сигналу фактического завершения исполнения предшествующей операции. Для наиболее успешного применения каждого устройства микропроцессорной системы в структуру асинхронно работающих устройств включат электронные цепи, обеспечивающие независимую деятельность приборов. Закончив работу надо какой-либо операцией, устройство формирует сигнал запроса, обозначающий его стремление к осуществлению последующей операции. При этом значимость естественного распределителя работ принимает на себя память, что, в согласовании с предварительно определенным приоритетом, осуществляет запросы других устройств согласно обеспечению их командной информацией и данными.

2.6 Микропроцессоров по организации структуры

По организации структуры микропроцессорных систем различают микроЭВМ одно - и многомагистральные.

В одномагистральных микроЭВМ все без исключения устройства обладают идентичным интерфейсом и подсоединены к общей информационной магистрали, согласно которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.

В многомагистральных микроЭВМ устройства группами подсоединяются к собственной информационной магистрали. Это дает возможность реализовать синхронную передачу информационных сигналов согласно нескольким (либо абсолютно всем) магистралям. Подобная организация систем усложняет их строение, но повышает эффективность^[8].

2.7 Классификация микропроцессоров по количеству выполняемых

По числу выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры.

В однопрограммных микропроцессорах производится только лишь одна программа. Переход к осуществлению другой программы совершается уже после окончания текущей.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах в то же время производится ряд (как правило несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной деятельности микропроцессорных управляющих систем дает возможность реализовать контроль за состоянием и управлением огромным количеством источников либо приемников информации.