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.
- Основные этапы разработки микропроцессорной системы на основе микроконтроллера.
А) Основные этапы разработки микроконтроллера.
Б) основные характеристики при выборе типа МК.
- 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.