Файл: Компьютерные системы и сети Часть 1 (Архитектура ВС) Мельникова ЕВ, БГУИР 2009 (Мет пособие).pdf

Вместе

с

тем

кристалл

располагал

весьма

ограниченными

средствам

ввода/вывода, а

в

системе

команд

отсутствовали

операции

логической

обработки данных (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), в связи с чем их

приходилось реализовывать с помощью специальных подпрограмм. Модуль

i4004

не

имел

возможности

останова(команды HALT)

и

обработки

прерываний.

Цикл команды процессора состоял из8 тактов задающего генератора. Была

мультиплексированная ША (шина адреса)/ШД (шина данных),

адрес

12-

разрядный передавался по 4-разряда.

1 апреля 1972 г. фирма Intel начала поставки первого в отрасли8-разрядного

прибора i8008. Кристалл изготавливался по р-канальной МОП-технологии с

проектными

нормами 10

мкм

и

содержал3500

транзисторов.

Процессор

работал на частоте500 кГц при длительности машинного цикла20 мкс (10

периодов задающего генератора).

В

отличие

от

своих

предшественников

МП

имел

архитектуру

принстонского типа, а в качестве памяти допускал применение комбинации

ПЗУ и ОЗУ.

По сравнению с i4004 число РОН уменьшилось с 16 до 8, причем два регистра

использовались для

хранения

адреса

при

косвенной

адресации

памят

(ограничение технологии - блок РОН аналогично кристаллам 4004 и 4040 в МП

8008 был реализован в виде динамической памяти). Почти вдвое сократилась

длительность машинного цикла(с

8 до 5 состояний). Для

синхронизации

работы с медленными устройствами был введен сигнал готовности READY.

Система команд насчитывала65 инструкций. МП мог адресовать память

объемом 16 Кбайт. Его

производительность

по

сравнению

четырехразрядными

МП

возрасла

2,3в раза. В

среднем

для

сопряжения

процессора с памятью и устройствами ввода/вывода требовалось около20 схем

средней степени интеграции.

Возможности

р-канальной

технологии

для

создания

высокопроизводительных МП были почти исчерпаны, поэтому "направление

главного удара" перенесли на n-канальную МОП технологию.

1 апреля 1974 МП Intel 8080 был представлен вниманию всех заинтересованных

лиц. Благодаря использованию технологии п-МОП с проектными нормами6

мкм, на кристалле удалось разместить6 тыс. транзисторов. Тактовая частота

процессора была доведена до2 Мгц, а длительность цикла команд составила

уже 2 мкс. Объем памяти, адресуемой процессором, был увеличен до 64 Кбайт.

За счет использования40-выводного корпуса удалось разделить ША и ШД,

общее

число

микросхем, требовавшихся

для

построения

системы

в

минимальной конфигурации сократилось до 6 .

В регистровый файл были введены указатель стека, активно используемый при

обработке

прерываний,

а

также

два программнонедоступных

регистра для

1.1.Классификация

По числу больших интегральных схем(БИС) в микропроцессорном комплекте

различают

микропроцессоры

однокристальные, многокристальные

и

функциональными частями:

операционной, управляющей

и

интерфейсной.

Сложность операционной и управляющей частей процессора определяется их

разрядностью, системой команд и требованиями к системе

прерываний;

сложность интерфейсной части разрядностью и возможностями подключения

других

устройств

ЭВМ(памяти, внешних

устройств,

датчиков

и

исполнительных механизмов и др.). Интерфейс процессора содержит несколько

десятков

информационных

шин

данных(ШД), адресов (ША)

и управления

(ШУ).

Однокристальные

микропроцессоры

получаются

при

реализации

все

аппаратных средств процессора в виде одной БИС или СБИС(сверхбольшой

интегральной схемы). По мере увеличения степени интеграции элементов в

кристалле

и

числа

выводов

корпуса

параметры

однокриста

микропроцессоров

улучшаются.

Однако

возможности

однокристальных

создании

трехкристального

микропроцессора(пунктирные

линии),

содержащего

БИС операционного(ОП), БИС управляющего (УП) и

БИС

интерфейсного (ИП) процессоров.

Операционный

процессор служит для обработки данных, управляющий

процессор выполняет функции выборки, декодирования и вычисления адресов

операндов

и

также

генерирует

последовательности

. микрок

Автономность работы и большое быстродействие БИС УП позволяет выбирать

команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их исполнения БИС

ОП. При этом в УП образуется очередь еще не исполненных команд,

также

заранее подготавливаются те данные,

которые потребуются ОП в следующих

циклах работы. Такая опережающая

выборка команд экономит время ОП на

ожидание операндов, необходимых

для выполнения команд программ.

Интерфейсный процессор позволяет

подключить память и периферийные

средства к микропроцессору; он, по существу, является сложным контроллером

для устройств ввода/вывода информации.

БИС ИП выполняет также функции

микропроцессора

автономно и

поэтому может быть обеспечен реж

одновременной работы всех БИС МП, т.е. конвейерный поточный режим

исполнения

последовательности

команд

программы(выполнение

когда

в виде

БИС реализуются

части(секции) логической

структуры

процессора при функциональном разбиении ее вертикальными

плоскостями

Для

построения

многоразрядных

микропроцессоров

при

параллельно

включении секций БИС в них добавляются средства "стыковки".

обработки

нескольких

разрядов данных

или

выполнения

определенных

управляющих

операций.

Секционность БИС

МП

определяет возможность

"наращивания"

разрядности

обрабатываемых

данных

или

усложнения

устройств

управления

микропроцессора

при"параллельном" включении

большего числа БИС.

Однокристальные и трехкристальные БИС МП, как правило, изготовляют на

основе

микроэлектронных

технологий

униполярных

полупроводниковых

микропроцессорных

высокоскоростных

биполярных , имеющихБИС

функциональную

законченность

при

малой

физической

разрядно

позволяет организовать разветвление связи в процессоре, а также осуществить

конвейерные

принципы

обработки

информации

для

повышения

производительности.

По

назначению

различают

универсальные

и

специализиров

микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры

могут

быть

применены

для

решени

широкого

круга

разнообразных

. задачПри

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

эффект

микроконтроллеры,

ориентированные

на

выполнение

слож

последовательностей

логических

операций, математические

,МП

предназначенные

для

повышения

производительности

при

выполнении